Welche Materialien sind künstlich. Synthetische Stoffe: Beschreibung, Sorten, Eigenschaften. Acryl: Polyacrylnitrilmaterialien
"Künstliche Materialien: Kunststoff, Kunststoff, Polyethylen."
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Um das Verständnis von Kindern für künstliche Materialien zu vertiefen: Kunststoff, Kunststoff, Polyethylen.
Verdeutlichen Sie das Wissen der Kinder über natürliche und künstliche Materialien.
Festigung des Wissens über die Eigenschaften und Qualitäten von Kunststoffen, Kunststoffen und Polyethylen.
Eiche ist ein leichtes Laubholz, das trotz seiner guten Härte leicht zu verarbeiten ist. Es ist leicht zu zeichnen und Feuchtigkeitsaufnahme zu widerstehen. Eiche ist aufgrund seiner natürlichen ästhetischen Eigenschaften und seiner strukturellen Beibehaltung ideal für Möbel. Es wird auch beim Bau von Booten, Rahmen, Truhen und Fußböden verwendet. Dies gibt dem Wein einen Geschmack, wenn er in einem Reifefass verwendet wird.
Kiefer ist ein schnell wachsendes Nadelholz aus Skandinavien. Es hat eine gleichmäßige Textur und ist sehr einfach zu bedienen. Es ist leicht zu schleifen und widersteht der Kompression, quillt trotz seiner breiten Körnung aufgrund von Feuchtigkeit und Verformung. Es ist weit verbreitet im Bau von Holzrahmenhäusern, Platten, Industriemöbeln, Holzpaletten und vielen anderen Produkten.
Das Verständnis der Kinder für die Verwendung dieser Materialien im Alltag zu erweitern.
Eine fürsorgliche Haltung gegenüber der Natur und eine respektvolle Haltung gegenüber der Arbeit der Menschen pflegen.
Material für den Unterricht:
Eine Reihe von Gegenständen aus Kunststoff (Dosen für Schüttgüter, Spielzeug, Korken, Stifte, einen Eimer); aus Kunststoff (Flaschen, Vase, Einweggeschirr); Polyethylen-Proben, Tischdecken, Plastiktüten; Proben von natürlichen Materialien (Ton, Holz, Leder, Kohle, Sand).
Sequoia stammt aus einem schmalen Landstreifen entlang der Westküste Amerikas. Es ist leichtes, aber relativ festes, weiches Holz, das leicht zu verarbeiten ist, eine gute natürliche Zersetzungsbeständigkeit aufweist und daher bei der Herstellung von Gartenmöbeln, Zäunen und Holzprodukten für den Haushalt weit verbreitet ist. Wegen seiner dunkelrosa Farbe wird es auch Mahagoni genannt.
Das Rosenholz oder Rosenholz ist sehr solide und mit einem geringen Detailgrad. Es ist eine dunkelrotbraune Farbe. Es ist schwierig zu arbeiten und fit zu werden und es muss komplett poliert werden, um ein vollendetes Aussehen zu erhalten. Es wird häufig zur Herstellung von Musikinstrumenten wie Klavier, Instrumentenstiften, einigen Skulpturen, dekorativen Furnieren und einigen Möbelstücken verwendet, die ihm ein einzigartiges und angenehmes Aroma verleihen, das ihn von den meisten anderen Wäldern unterscheidet.
Klassenfortschritt.
Kinder, wir wissen, dass die Objekte, die uns umgeben, aus verschiedenen Materialien bestehen. Der Mensch hat einige von ihnen in der Natur gefunden (dies sind natürliche, natürliche Materialien). Was ist ihre Sorge? (Ton, Sand, Holz - sie werden uns von Pflanzen gegeben oder von Menschen aus der Erde (Kohle, Öl)).
(Muster von Naturmaterialien zeigen).
Fichte ist ein weiches, aber mechanisch widerstandsfähiges Holz aus Skandinavien, das gut funktioniert, aber nur eine geringe Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse aufweist. Es ist hell und hell in Farbe und geringer Dichte. Dies ist eine gute Option für die Herstellung von Masten von Schiffen, Flugzeugen, Kisten, Kästen und Zimmerei im Allgemeinen aufgrund seiner guten strukturellen Festigkeit aufgrund seines geringen Gewichts.
Teak - Hartholz, bekannt für seine hohe Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, es ist auch beständig gegen Verformung, Risse und hat eine gute Haltbarkeit. Es wird in einer Vielzahl von Produkten verwendet, die sehr langlebig sein müssen oder Verschleißteile sein müssen. Dazu gehören Möbel, Vertäfelungen, Schreinerarbeiten, Schiffe, Bauarbeiten, Kirchentüren und Teakholzböden.
Und es gibt auch Materialien, die bei Industrieunternehmen eingehen. Sie entstehen durch menschliche Hände oder durch von ihm erfundene Technologie. Diese Materialien heißen - weißt du noch was? (künstlich oder künstlich).
Kinder, schau, da sind Gegenstände auf meinem Tisch (Plastikspielzeug, einen Eimer, Korken, ein Telefon). Woraus denkst du, sind sie gemacht?
Walnuss hat eine feine Textur, dunkle Farbe und ist einfach zu bedienen. Es ist gegen Verformung und Dehnung beständig und hält den meisten Oberflächen, wie Farben oder Öfen, stand. Es wird hauptsächlich zur Herstellung von Massivholz- und Furniermöbeln, Schränken, Paneelen und Schmuckstücken verwendet. Luminous Walnut stammt aus Persien und Black Walnut stammt aus den USA.
Untersuchungen haben ergeben, dass die verwendeten Harze und Klebstoffe gesundheitsschädlich sind. Vorsorglich wird empfohlen, ein Möbelstück einige Stunden vor dem Aufstellen von einer Spanplatte zu lüften und mehrere im selben Raum zu vermeiden. Seien Sie auch hier vorsichtig, wenn Sie es verwenden, da beim Zusammenbau von Möbeln oder bei der Bearbeitung dieser Holzart Emaillekleber verwendet wird. Es ist ziemlich weich, flexibel genug und sehr einfach zu bedienen. Es schneidet und funktioniert sehr leicht und wird häufig für Möbel im Innenbereich verwendet, insbesondere für Schränke und Regale.
Das sind Plastikgegenstände.
Denken Sie, dass dies natürliches oder künstliches Material ist?
Künstlich. (Warum?)
Das Wort Plastik bedeutet "plastische Masse". Plastik, weil es sich bei starker Erhitzung in eine Masse verwandelt, die Plastilin ähnelt, und aus dieser Masse kann ein beliebiger Gegenstand hergestellt werden (wie Plastilin). Dann kühlt der Kunststoff ab und verfestigt sich, und es wird ein Objekt mit einer beliebigen gewünschten Form erhalten.
Aufgrund seiner Beschaffenheit wird dringend empfohlen, beim Schleifen eine Maske zu tragen, da winzige Partikel leicht eingeatmet werden können. Sperrholz ist künstliches Holz, das im Zweiten Weltkrieg erfunden wurde und hauptsächlich für den Bau von Booten und Landungsschiffen für das Militär verwendet wurde. Es besteht aus vielen dünnen Schichten zusammengeklebten Schichtholzes. Jede Schicht bildet einen rechten Winkel mit der Körnung der unteren Schicht und verleiht ihr Festigkeit, sodass sie flexibel genug bleibt.
Je schlanker das Board, desto flexibler wird es. Es ist in der Bauindustrie weit verbreitet, da es für Fußböden oder Wände teuer sein kann. In dem Auto, das ihn zum Flughafen bringt, verschwindet der Stolz, den er von seinem Betrieb empfängt, als er eine Baumaschine sieht, die einen Betonblock um mehrere Tonnen anhebt. Menschliche Muskeln sind das Gesicht von Maschinen, die aus dem Gehirn derselben Menschen geboren wurden.
Nehmen Sie nun diese Gegenstände in die Hand. Berühre es. Was kannst du über sie sagen? Was sind sie (schwer oder leicht, weich oder hart, rau oder glatt).
Und wenn Sie durch den Kunststoff schauen? Sie ist nicht transparent.
Und wenn Sie Gegenstände auf den Boden fallen lassen, brechen sie dann? Nein, sie sind langlebig.
Kunststoff ist ein sehr praktisches und billiges Material. Aufgrund der Tatsache, dass Kunststoff solche Eigenschaften und Qualitäten wie Härte, Glätte, geringes Gewicht und Festigkeit aufweist, begannen die Menschen, Plastikgegenstände in ihrem Leben in großem Umfang zu verwenden. Außerdem ist es ohne sie schon unmöglich, sich unser Leben vorzustellen.
Sobald wir jedoch Miniaturgeräte bauen wollen, sind diese Maschinen nicht mehr geeignet, weshalb Physiker Materialien entwickeln, die sogenannten adaptiven oder intelligenten, die kleine Geräte stimulieren, formen und Kräfte aufbauen. Aktuatoren, bei denen Hebel und Trommeln zu sperrig sind, werden bei der Entwicklung kleiner Manipulatoren wie Miniaturventilen und Gelenkhebeln verwendet, mit denen Objekte mit Zellgröße oder sogar echte Objekte bewegt werden. Zellen, ohne sie zu beschädigen.
Die für diese Eigenschaften am häufigsten untersuchten Materialien sind piezoelektrische Keramiken, Formgedächtnislegierungen und Polymere. Zwischen diesen verschiedenen Materialien ist es schwierig, die Leistung der natürlichen Muskeln zu erreichen oder sogar zu übertreffen. Die Aufzeichnungen fallen regelmäßig, aber sie alle leiden immer noch unter schwerwiegenden Mängeln: Ihre Zerbrechlichkeit ist zu groß.
Was sind die Plastikgegenstände, denen Sie begegnen (Spielzeug, Telefone, Uhren, Knöpfe, Spritzen, ein Kühlschrank, ein Computergehäuse; Plastikteile befinden sich in Autos, auf Schiffen und in Flugzeugen).
Dies ist die Anzahl der Kunststoffteile, da sie bequem zu verwenden und nicht schwer durchzuführen sind.
Kinder, auf meinem Tisch gibt es eine andere Gruppe von Gegenständen aus einem anderen künstlichen Material - es heißt Plastik. Mit Gegenständen aus Kunststoff trifft man sich auch oft. Hier sind zum Beispiel Plastikflaschen, die kohlensäurehaltiges Wasser oder Säfte verkaufen. Sie sind unterschiedlich groß: groß und klein. Sie sind bequem zu bedienen. Es gibt auch Einweggeschirr aus Kunststoff. Sie haben wahrscheinlich auch getroffen. Hier ist es, wie bunt (zu zeigen), so dass es schön wäre, es zu benutzen.
In Bezug auf Geschwindigkeit, Dehnungsamplitude, aufgebrachte Kraft und Stärke übertreffen Antriebe, die mit adaptiven Materialien hergestellt wurden, manchmal die Muskeln gemäß einem der Bewertungskriterien. aber auf Kosten einer Verschlechterung der Produktivität in Übereinstimmung mit einem anderen. Beispielsweise verformen sich piezoelektrische Bauelemente, die zur Steuerung der Entwicklung von Kameras oder zur Steuerung des Lesekopfs einer Festplatte verwendet werden, sehr schnell, wenn sie einem elektrischen Feld ausgesetzt werden. Die maximale Amplitude von etwa einem Prozent ihrer Verformungen liegt jedoch in Formgedächtnislegierungen, die enorme Spannungen aufbringen und Metallteile zuverlässiger sammeln Ihre Eigenschaften verschlechtern sich jedoch schneller als bei jeder anderen Schweißnaht nach mehreren Zyklen.
Bitte berühren Sie die Plastikgegenstände und sagen Sie mir, was sie sind.
Leicht, hart, glatt, dünn, Plastik biegt sich leicht.
Im Vergleich zu Kunststoff ist Kunststoff weicher und flexibler. Wenn Sie etwas Scharfes berühren oder schlecht biegen, ist dies weniger haltbar und kann brechen. (Mit einer Schere schneiden).
Kommen wir nun zur dritten Gruppe von Elementen.
Polymere Materialien, dh lange Molekülketten, die durch mehrere chemische Bindungen miteinander verbunden sind, halten großen Verformungen stand, sind stark und verformen sich schnell und werden unterdrückt. Die vielversprechendsten Elemente für den Bau zuverlässiger Miniaturantriebe. Die Mechanismen ihrer Funktionsweise, die für einige von ihnen den natürlichen Muskeln ähneln, machen sie zu „künstlichen Muskeln“, obwohl dieser Begriff missbraucht wird, da das Ziel nicht darin besteht, die natürlichen Muskeln eines dieser Geräte zu ersetzen, sondern genaue, reproduzierbare und Miniaturbewegungen zu erzielen.
Schauen Sie, das sind Taschen, eine Tischdecke, ein Lebensmittelfilm. Sie treffen uns auch jeden Tag. Sie bestehen aus künstlichem Material, genannt (fragen Sie, wer weiß) - Polyethylen.
Polyethylenproben entnehmen, anfassen. Was können Sie über die Eigenschaften von Polyethylen sagen?
Es ist weich, wenn es zu einer Faust geballt ist - Falten, Rascheln (macht ein Geräusch); Wenn Sie daran ziehen, wird es sich zuerst dehnen und dann brechen. Er ist also nicht sehr haltbar. Leicht im Gewicht. Es kann entweder transparent oder nicht transparent sein.
Materialien wie Muskeln
Für die ersten beiden von uns beschriebenen Arten künstlicher Muskeln, leitfähige Gele und Polymere, wird Energie in chemischer oder elektrischer Form bereitgestellt. Eine Substanz natürlichen oder synthetischen Ursprungs, die in biomedizinischen Anwendungen eingesetzt werden kann. Die Biomaterialforschung umfasst das Design, die Herstellung und die Charakterisierung dieser Materialien. Diese Eigenschaft, Biokompatibilität genannt, betrifft die Analyse der Eigenschaften der Wechselwirkung zwischen dem Biomaterial und dem lebenden Organismus, in den es eingefügt werden muss.
Machen Sie aus Polyethylen Vorhänge für das Badezimmer, weil Polyethylen kein Wasser durchlässt.
Und Sie haben wahrscheinlich auch gesehen, wie im Landhaus, im Garten, Mütter und Großmütter ein Gewächshaus (ein Haus für den Anbau von Gemüse) bauen. Dort ist es im Sommer dank Polyethylen immer warm, sogar heiß. Es hält lange an, und gepflanztes Gemüse wächst und reift schneller, weil es die Wärme sehr liebt.
Insbesondere aus technologischer Sicht sollte ein ideales Biomaterial: eine gute chemische Stabilität aufweisen, keine toxischen und krebserzeugenden Erscheinungen hervorrufen oder Abstoßungserscheinungen hervorrufen. Besonderes Augenmerk sollte auch auf seine elektrischen Eigenschaften gelegt werden, vor allem dann, wenn das Biomaterial mit Blut in Kontakt kommen muss, um das Auftreten möglicher Gerinnungserscheinungen zu vermeiden.
Materialien biologischen Ursprungs
Schließlich muss es auch gute mechanische und Korrosionsbeständigkeitseigenschaften aufweisen, eine Dichte, mit der Sie das Gewicht der Geräte, in denen es verwendet wird, innerhalb akzeptabler Grenzen einsparen können, und ein Merkmal der Fähigkeit, wiederholt ohne Zerstörung zu sterilisieren. Zusätzlich zur Transplantation entwickelt sich beim Ersetzen von Organen die Verwendung von Materialien sowohl tierischen als auch menschlichen Ursprungs in bereits organisierten Strukturen oder im molekularen Stadium erfolgreich und weist auch gute Eigenschaften ihrer eigenen Natur der Biokompatibilität auf. Im Allgemeinen erfordern sie keine besonders komplexen und teuren Technologien Produktion und Lieferung, so dass ihre Produktion auch für eine kleine Industrie oder eine kleine Forschungsgruppe erreichbar ist.
Nun überlege und sag mir, wo hast du Polyethylen kennengelernt?
Kinder, stellen Sie sich vor, Sie hätten ein Plastikspielzeug gespielt, und es ist kaputt gegangen. aus einer Plastikflasche getrunken, aus Einweg-Plastikutensilien gegessen; gebrauchte Plastiktüten, sie wurden zerrissen, zusammengedrückt - was machst du dann mit ihnen?
Wirf es weg. Oft werfen die Leute es nicht an speziellen Orten, sondern direkt auf den Boden. Oder der Wind hat eine leichte Plastiktüte aus dem Müll geholt und keine! Wo liegt also das Problem? - Wir verunreinigen die Natur, verunreinigen unser Land. Die Kunststoffe Kunststoff, Kunststoff, Polyethylen haben eine negative (schlechte) Eigenschaft - sie sind schwer zu zerstören. Sie haben weder vor Sonnenstrahlen noch vor Wasser Angst. Sie können hunderte von Jahren auf der Erde liegen! Und wenn Sie es jeden Tag wegwerfen, wie viel Müll kann sich dann ansammeln!
Materialien dieses Typs können in Materialien aus Weichgeweben unterteilt werden. aus harten Stoffen und Nahtmaterialien. Die erste Anwendung betraf zunächst den kardiovaskulären Bereich, in dem Materialien aus Schweinefleisch, Rindfleisch und natürlich menschlichen Ursprungs verwendet wurden, um Prothesen und Anzeichen von Blutgefäßen von Blutgefäßen zu implementieren. Darüber hinaus wurden Schweine- und Schafshaut effektiv zur Reparatur von durch Verletzungen oder Verbrennungen geschädigtem Gewebe eingesetzt. Natürlich müssen diese Materialien vor der Verwendung einer komplexen Reihe von Behandlungen unterzogen werden, die darauf abzielen, die verderbliche Komponente des Materials zu zerstören, um es gegen den Angriff von Bakterien immun zu machen.
Ein Wissenschaftler sagte über diese künstlichen Materialien: "Man kann sie zerbrechen, hacken, begraben, aber sie weigern sich immer noch zu sterben!"
Und wenn Sie sie verbrennen, stoßen sie schädlichen giftigen Rauch aus, und wir verschmutzen die Luft.
Wenn Sie also Plastik, Plastik oder Polyethylen verwendet haben, werfen Sie es nur an speziellen Orten für den Müll weg. Und dann wird das Auto es wegnehmen und es wird in speziellen Werken recycelt.
Materialien aus harten Geweben wurden hauptsächlich in der Orthopädie verwendet, um Lücken zu füllen, die aus Knochendefekten oder nach Entfernung von Tumoren resultieren. Die notwendigen Grundanforderungen beziehen sich sowohl auf die mechanischen Eigenschaften des Biomaterials, die den mechanischen Eigenschaften des Knochens ähnlich sein sollten, als auch auf die Verträglichkeit mit dem Knochen selbst, die hoch sein sollte. Als erstes Material wurde derselbe menschliche Knochen aus Leichen verwendet, der offensichtlich optimale Eigenschaften hinsichtlich der Biokompatibilität aufweist. von richtig behandelten Tieren und in jüngerer Zeit von verschiedenen Materialien wie Korallenfragmenten und Madreporen.
Zusammenfassend:
Heute haben wir Gegenstände aus Kunststoff, Kunststoff und Polyethylen untersucht. Dies sind künstliche Materialien, die vom Menschen geschaffen wurden.
Bestimmt, welche Eigenschaften und Qualitäten sie besitzen. Sie erinnerten sich, wo und wie ein Mensch in seinem Leben Gegenstände verwendet, die aus diesen Materialien hergestellt wurden.
Und jetzt wissen Sie auch, dass gebrauchte Gegenstände, die in die Natur eindringen, diese verstopfen. Deshalb müssen wir uns um die Natur kümmern, sie schützen und das Richtige tun.
Ein weiterer Bereich, in dem Materialien biologischen Ursprungs bestätigt zu sein scheinen, betrifft Bioklebstoffe, wobei die nicht sehr gute Biokompatibilität künstlicher Klebstoffe zu berücksichtigen ist. Dies ist ein Fibrinkleber, der durch Mischen von menschlichem Fibrinogen mit verschiedenen Reagenzien erhalten wird. Durch eine ähnliche Reaktion wie im menschlichen Körper kann die Produktion von Fibrin als herkömmlicher synthetischer Klebstoff verwendet werden. Es sei jedoch daran erinnert, dass die Verwendung von Materialien biologischen Ursprungs in einem relativ kleinen Anwendungsbereich begrenzt bleibt, und zwar sowohl für diejenigen, die diesen Materialien eigen sind, als auch aufgrund von Schwierigkeiten bei der Lieferung.
Allgemeine Informationen
Materialien sind die Substanzen, aus denen verschiedene Produkte hergestellt werden: Produkte und Geräte, Autos und Flugzeuge, Brücken und Gebäude, Raumfahrzeuge und mikroelektronische Schaltkreise, Beschleuniger und Kernreaktoren für geladene Teilchen, Kleidung, Schuhe und vieles mehr. Jeder Produkttyp benötigt seine eigenen Materialien mit genau definierten Eigenschaften.
An die Materialeigenschaften werden seit jeher hohe Anforderungen gestellt. Obwohl moderne Technologien die Herstellung einer Vielzahl hochwertiger Materialien ermöglichen, bleibt das Problem der Schaffung neuer Materialien mit besseren Eigenschaften bis heute relevant.
Bei der Suche nach einem neuen Material mit gewünschten Eigenschaften ist es wichtig, dessen Zusammensetzung und Struktur sowie die Bedingungen für deren Verwaltung festzulegen.
Das Suchergebnis hängt stark von der Empfindlichkeit und Auflösung der Geräte ab, mit denen die Zusammensetzung und Struktur des synthetisierten Materials bestimmt werden. Solche Geräte basieren nur auf den neuesten Errungenschaften der Naturwissenschaften und vor allem der Physik.
Bei der Verarbeitung des Materials und der Herstellung der für den Verbrauch notwendigen Endprodukte sind die technischen Errungenschaften nicht weniger wichtig, um qualitativ hochwertige Produkte herstellen zu können.
In den letzten Jahrzehnten wurden Materialien mit erstaunlichen Eigenschaften synthetisiert, beispielsweise Materialien für Wärmeschutzschirme für Raumfahrzeuge, Hochtemperatursupraleiter usw.
Es ist kaum möglich, alle Arten moderner Materialien aufzulisten. Im Laufe der Zeit nimmt ihre Zahl ständig zu. In der Antike wurde am häufigsten eine Art von Material verwendet - der Stein, aus dem Äxte und Pfeilspitzen hergestellt wurden. Wohnhöhlen wurden in Stein ausgehöhlt. Der nächste wichtige Schritt wurde vor einigen Jahrtausenden unternommen, als es möglich war, metallisches Eisen aus Eisenoxid zu gewinnen. Es gab Metallprodukte in Form von Waffen, Haushaltsgegenständen und einfachen Geräten zur Bewirtschaftung des Landes.
Und dann endet das zweite Jahrtausend nach der Geburt Christi. Eisen als Material in Bezug auf das Produktionsvolumen beginnt, anderen Materialien gegenüber Polymeren nachzugeben. In den USA wird beispielsweise seit 1980 mehr als Eisen produziert. Eine Vielzahl von Kleidungsstücken aus Polyester, Kunststoffgeschirr, Teppichen aus Polypropylen, Möbeln aus Polystyrol, Reifen aus Polyisopren usw.
- All dies sind Beispiele für eine Vielzahl von Polymeranwendungen.
Viele Strukturelemente moderner Flugzeuge bestehen aus Polymerverbundwerkstoffen. Eines dieser Materialien - Kevlar - übertrifft viele Materialien, einschließlich des hochwertigsten Stahls, in einem wichtigen Indikator - dem Verhältnis von Festigkeit zu Masse.
In den letzten Jahrzehnten wurde das Problem der Herstellung eines Autos vollständig aus Polymermaterialien aktiv diskutiert, was dazu beitragen wird, sein Gewicht zu reduzieren und dadurch Kraftstoff zu sparen.
Moderne Materialien umfassen Holz, Glas und Silikate, von denen jedes üblicherweise als traditionelles Material angesehen wird. Holz ist nicht nur ein Baustoff, sondern auch ein Rohstoff für die Herstellung wertvoller vielfältiger Produkte.
Glas - das Material ist nicht neu, aber vielversprechend: Im letzten Jahrzehnt wurden Gläser mit erstaunlichen Eigenschaften hergestellt.
Silikatmaterialien bilden nach wie vor die Basis der Bauindustrie.
Moderne Kunststoffe
Kunststoffe sind Materialien auf der Basis natürlicher oder synthetischer Polymere, die beim Erhitzen unter Druck eine bestimmte Form annehmen und nach dem Abkühlen stabil halten können. Kunststoffe können neben dem Polymer Füllstoffe, Stabilisatoren, Pigmente und andere Komponenten enthalten. Manchmal werden andere Namen von Kunststoffen verwendet - Kunststoffe, Kunststoffe.
Kunststoffe unterscheiden sich in ihren Gebrauchseigenschaften (z. B. Wälz-, Witterungs-, Wärme- oder Feuerbeständigkeit), der Art des Füllstoffs (Glasfaser, Graphitkunststoffe usw.) sowie der Art des Polymers (Aminokunststoffe, Proteinkunststoffe usw.).
) In Abhängigkeit von der Art der Umwandlungen, die im Polymer während der Bildung von Produkten auftreten, werden Kunststoffe in Thermoplaste (die wichtigsten von ihnen werden auf der Basis von Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polystyrol hergestellt) und Duroplaste (die größte Menge davon sind Phenoplaste) unterteilt. Die Hauptverfahren zur Verarbeitung von Thermoplasten sind Spritzgießen, Vakuumformen, Pneumoformen usw. Die Reaktoplaste werden durch Pressen und Spritzgießen geformt.
Bisher wurde die industrielle Massenproduktion verschiedener Kunststofftypen etabliert.
Und Kunststoffe lassen sich auf traditionelle Werkstoffe zurückführen, obwohl die Suche nach Kunststoffen mit neuen Eigenschaften weitergeht.
Seit der Geburt des ersten organischen Materials - Celluloid - sind mehr als hundert Jahre vergangen. Die Vielfalt der synthetischen Substanzen ist heute so groß, dass eine Auflistung kaum noch möglich ist. Bei künstlichen Materialien denken viele vor allem an Kunststoffe - Substanzen, die unter künstlichen Bedingungen hergestellt werden. 1980 entdeckten amerikanische Wissenschaftler erstmals natürlichen Polyesterkunststoff in den Nestern der im Boden lebenden Bienen.
Die Massenproduktion von Kunststoffen begann in der zweiten Hälfte unseres Jahrhunderts. Im Jahr 1900 Die weltweite Kunststoffproduktion belief sich auf ungefähr 20.000 Tonnen und 1970 auf bereits 38.000.000 Tonnen. Es wird davon ausgegangen, dass das Volumen der Kunststoffproduktion bis zum Ende des Jahrtausends das Niveau der Stahlproduktion erreichen und Hunderte von Millionen Tonnen pro Jahr erreichen wird.
Oft werden gegenseitig ausschließende Anforderungen an dasselbe Material gestellt. Beispielsweise sollte das Material für Winterkleidung eine gute Wärmeisolationseigenschaft und Elastizität aufweisen, gleichzeitig aber haltbar sein. Bauherren interessieren sich für Materialien mit guter Wärme- und Schalldämmung, Festigkeit und anderen Eigenschaften.
Unter den oben genannten Anforderungen genügen unter einer Vielzahl von Materialien künstliche organische Verbindungen - Polymere - am meisten.
Die Polymere sind aus Makromolekülen aufgebaut, die aus zahlreichen kleinen Grundmolekülen - Monomeren - bestehen. Der Prozess ihrer Bildung hängt von vielen Faktoren ab, deren Variationen und Kombinationen es ermöglichen, eine Vielzahl von Polymerprodukten mit unterschiedlichen Eigenschaften zu erhalten.
Die Hauptprozesse der Makromolekülbildung sind Polymerisation und Polykondensation.
Ungefähr 2/3 der gesamten Weltproduktion von Polymeren besteht aus Materialien des industriellen Massenverbrauchs: Polyethylen, Polytetrafluorethylen, Polyvinylchlorid, Polypropylen usw. Die Anwendungsbereiche dieser Polymere sind sehr vielfältig - von der Textilindustrie bis zur Mikroelektronik.
Ihre Kosten sind relativ gering. Die restlichen 1/3 der Polymermaterialien umfassen Polyesterharze, Polyurethan, Aminosäuren, Phenoplaste, Polyacrylate, Polyformaldehyd, Polycarbonate, Fluorpolymere, Silicone, Polyamide, Epoxide und andere Arten von Polymeren.
Durch Veränderung der Struktur von Molekülen und ihrer verschiedenen Kombinationen ist es möglich, Kunststoffe mit gewünschten Eigenschaften zu synthetisieren.
Ein Beispiel ist ein ABS-Polymer.
Es besteht aus drei Hauptmonomeren: Acrylnitril (A), Butadien (B) und Styrol (C). Die erste sorgt für chemische Stabilität, die zweite für Schlagfestigkeit und die dritte für Härte und leichte thermoplastische Verarbeitung.
Der Hauptzweck dieser Polymere ist der Ersatz von Metallen in verschiedenen Ausführungen.
Thermoplaste härten reversibel aus und erweichen, sodass Produkte mit verschiedenen Konfigurationen leicht daraus geformt werden können.
Künstliche organische Substanzen, die beim Erhitzen nicht erweichen, werden als Duroplaste oder Duroplaste bezeichnet.
Dies sind Phenol-, Carbid- und Polyesterharze. Meist handelt es sich im Ausgangszustand um Flüssigkeiten, die bei Zugabe oder Erwärmung des Katalysators irreversibel aushärten.
Die vielversprechendsten Materialien mit hoher Hitzebeständigkeit waren aromatische und heteroaromatische Strukturen mit einem starken Benzolring: Polyphenylensulfid, aromatische Polyamide, Fluorpolymere usw. Diese Materialien können bei einer Temperatur von 200 bis 400 ° C betrieben werden. Bisher hatten nur anorganische Substanzen solche Hitzebeständigkeitseigenschaften. Polyimid-Kunststoffe wurden speziell für Überschallflugzeuge entwickelt und können 30 Minuten lang Temperaturen von bis zu 465 ° C standhalten. Die Hauptabnehmer von hitzebeständigen Kunststoffen sind die Luftfahrt- und Raketentechnik. Derartige Kunststoffe finden auch Anwendung im Automobil- und Werkzeugmaschinenbau, in der Elektrotechnik (beispielsweise zur Isolierung von Draht in Elektromotoren) usw.
Täglich wächst der Anteil von Polymerwerkstoffen in der Bauindustrie.
Kunststoffrahmen, Verkleidungsmaterialien, Dächer, Wärmedämmstoffe und andere Kunststoffe werden zunehmend im modernen Bauwesen eingesetzt.
Immer mehr Werkstoffe bestehen aus verschiedenen Kunststoffen für die Herstellung von Automobilteilen, von denen der erstgeborene - ein selbstfahrender Wagen - 1886 auf den Mannheimer Straßen auftauchte.
Im Laufe der mehr als hundertjährigen Geschichte der Automobilindustrie wurden in der chemischen Industrie viele Materialien verwendet, unter denen Kunststoffe nach und nach Metall verdrängen und verdrängen. 1965 waren es also durchschnittlich 15 kg Kunststoffe pro Pkw, 1970 waren es 25-45 kg. Es wird davon ausgegangen, dass in den nächsten zehn Jahren für die Herstellung eines Personenkraftwagens Hunderte von Kilogramm Kunststoff erforderlich sein werden, darunter Polyethylen, Polyvinylchlorid, ABS-Polymere, Polypropylen usw..
Bereits produzierte Autos mit einer komplett plastischen Karosserie. Es ist noch nicht möglich, das gesamte Auto und insbesondere den Motor aus Kunststoff herzustellen. 1980 jedoch. Das amerikanische Unternehmen zeigte einen Automotor aus hitzebeständigem Kunststoff, bei dem nur die Kurbelwelle und die Kolbenringe aus Metall bestehen. Die Masse dieses Motors war 2-mal geringer als die des Metallmotors und er verbrauchte etwa 15% weniger Kraftstoff als gewöhnlich. Darüber hinaus werden Kraftfahrzeuge mit einer Antriebswelle und Federn aus Polymerwerkstoffen hergestellt. In letzter Zeit wird an der Masseneinführung von Keramikmotoren gearbeitet.
Elastomere
Gummi gilt auch für polymere Werkstoffe. Zahlreiche Produkte aus diesem Material, darunter auch Kautschuk, zeichnen sich durch Elastizität aus. Diese Eigenschaft kombiniert viele elastische Materialien zu einer Gruppe von Elastomeren. Lange Zeit war nur ein elastisches Material bekannt - Naturkautschuk. Es wird immer noch aus einem Kautschukbaum - dem brasilianischen Hevea - gewonnen, genau wie Harz in Nadelwäldern, dh durch Schneiden.
In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts nahm die Chemie den Kautschuk in Besitz. - 1841, als der amerikanische Erfinder Goodyear eine Vulkanisationsmethode vorschlug.
Es ist bei niedriger Temperatur spröde und klebrig beim Erhitzen, Rohkautschuk wird beim Vulkanisieren elastisch. Darüber hinaus bilden seine makromolekularen Ketten eine Netzwerkstruktur, die mit Brücken von Schwefelatomen verbunden ist.
Die Statistik über die Weltkautschukproduktion begann 1850 mit der Produktion von etwa 1.500 Tonnen. 1900 produzierten brasilianische Wälder 53.900 Tonnen Kautschuk. Im selben Jahr tauchte Gummi von Bäumen auf, die auf Plantagen gewachsen waren. In den letzten Jahren wurde der größte Teil des Naturkautschuks auf großen Plantagen in Indochina abgebaut. 1970 betrug der weltweite Kautschukverbrauch 7,8 Millionen Tonnen, der Anteil von Naturkautschuk lag bei 38%.
Naturkautschuk hat eine relativ geringe Wärmebeständigkeit, unterscheidet sich nicht in der hohen Ölbeständigkeit und unterliegt einer Alterung. Moderne Synthesemethoden ermöglichen es, Synthesekautschuk mit gewünschten Eigenschaften zu erhalten.
Bisher wurden mehr als 10 Arten von Synthesekautschuken und mindestens 500 ihrer verschiedenen Modifikationen entwickelt. Exzellente Qualität zeichnet sich durch Silikongummi aus. Es ist weniger elastisch als Naturkautschuk, aber seine Eigenschaften im Temperaturbereich von -55 bis 180 ° C hängen sehr wenig von der Temperatur ab und außerdem ist es physiologisch unbedenklich. Homogene und zellige Polyurethanelastomere weisen eine hervorragende Verschleißfestigkeit, eine hohe chemische Beständigkeit und keine schnelle Alterung auf.
Das Einsatzgebiet von Elastomeren ist sehr vielfältig - vom Maschinenbau bis zur Schuhindustrie. Dennoch entfällt ein erheblicher Teil davon auf die Herstellung von Reifen, deren Bedarf mit der Zunahme des Autoverkehrs stetig wächst.
Durch die Herstellung von Synthesekautschuken gleicht die chemische Industrie den Mangel an natürlichen Rohstoffen - Gummi - aus. Ebenso werden bei der Herstellung von Kunstleder Rohstoffe tierischen Ursprungs erhalten. Viele Varianten modernen Kunstleders unterscheiden sich in ihren Eigenschaften und ihrer Qualität nicht wesentlich von echtem Leder höchster Qualität.
Synthetische Stoffe
Die Einführung chemischer Technologien in der Textilindustrie begann vor relativ langer Zeit - vor etwa 200 Jahren, als mit Hilfe von Soda und Bleichmittel die Wasch- und Bleichprozesse deutlich verbessert werden konnten. Beispielsweise wurde mit der Verwendung von Bleichmittel die Dauer des Bleichens von Baumwollgewebe von drei Monaten (mit Bleichen auf der Wiese) auf sechs Stunden reduziert. In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. synthetische organische Farbstoffe wurden weit verbreitet eingeführt. Seit dem Beginn des XX Jahrhunderts. Die chemischen Technologien begannen sich auf die Schaffung neuer Fasermaterialien zu konzentrieren. Bisher werden verschiedene Kunstfasern hauptsächlich aus vier Arten chemischer Materialien hergestellt: Cellulose (Viskose), Polyamid, Polyacrylnitril und Polyester. Mehr als 50% der modernen Fasern werden aus Materialien hergestellt, die in den letzten 50-60 Jahren synthetisiert wurden.
In der Praxis sind chemische Veredelung und Textilveredelung weit verbreitet. Chemische Wollverarbeitungstechnologien wurden entwickelt, um Resistenz gegen Motten bereitzustellen.
Es wurden Methoden gefunden, die es ermöglichen, den Schrumpf des Materials zu verringern und es druckfest zu machen.
Besonderes Augenmerk wird auf die Entwicklung wirksamer Methoden zur Materialverarbeitung gelegt, um antistatische, antimikrobielle, schmutzabweisende und andere wichtige Eigenschaften zu erzielen.
Etwa 50% der wichtigsten Textilprodukte können unter normalen Bedingungen brennen. Es gibt zwei Möglichkeiten, die Entflammbarkeit von Fasern zu verringern. spezielle Verarbeitung von Fasern und die Schaffung neuer faseriger hitzebeständiger Polymere. Zu den vielversprechendsten hitzebeständigen Polymeren zählen aromatische und heteroaromatische Verbindungen, die über lange Zeit Temperaturen von 250 bis 300 ° C standhalten.Graphithaltige Fasermaterialien verlieren auch bei 1000 bis 2000 ° C nicht ihre Eigenschaften Flexibilität kann Hitze bis zu 1200 ° C standhalten
Unter allen in den 70er Jahren hergestellten Materialien lag der Anteil künstlicher Stoffe für Bekleidung bei etwa 50%, für Haushaltswaren bei etwa 25% und für technische Zwecke bei etwa 25%. Die Massenproduktion von hochfesten Cordgarnen aus Polyamiden, Polyestern und Viskose für die Reifenindustrie ist etabliert.
Das Produktionsvolumen von Kunststoffen für die Herstellung von Bekleidung wird durch die Verbrauchernachfrage bestimmt, bei der in den letzten Jahren ein Abwärtstrend zu verzeichnen war. Dieser Trend ist völlig gerechtfertigt, da synthetische Fasern nicht alle Eigenschaften aufweisen, die natürlichen Fasern eigen sind. Und eine der wichtigsten Aufgaben von Chemikern ist es, künstliche Materialien in Bezug auf Eigenschaften und Qualität natürlichen Materialien näher zu bringen.
Eine neue Generation von Stoffen, an der Experten heute arbeiten, kann unser Verständnis für Kleidung und ihre Funktionen neu strukturieren. Solche Stoffe werden aus Fasern gewebt, die ihre Erfinder als „intelligent“ bezeichnen. Eine solche Bindungsdefinition verbirgt Materialien mit Eigenschaften, die für den Menschen nützlich sind.
Bei kaltem Wetter wärmen sie sich, bei Hitze kühlen sie ab, entfernen Schweiß und erfüllen andere Hautbedürfnisse.
Leichte Stoffe sind bereits im Handel mit einem hohen Maß an Sonnenschutz erhältlich. Es gibt auch Stoffe, die ultraviolette Strahlen einlassen.
Der amerikanische Konzern DuPont hat vor über 60 Jahren die erste reine Kunstfaser, Nylon, auf den Markt gebracht. Dann kamen Acryl-, Polyamid-, Polyester- und andere Fasern, die in Laborretorten geboren wurden. Die Verbraucher erkannten jedoch vergleichsweise schnell die Vor- und Nachteile der damaligen synthetischen Stoffe. Das Hemd, das kein Bügeleisen benötigt, ließ den Körper im Sommer nicht atmen, wärmte ihn aber im Winter nicht. Die Euphorie, die durch die ersten synthetischen Produkte ausgelöst wurde, landete meistens in einem Mülleimer, nicht in einem Kleiderschrank.
Es verging viel Zeit, bis die Grenze zwischen natürlichen und synthetischen Fasern verstanden und überwunden werden konnte.
Jetzt reproduziert die Chemie leicht die besten Eigenschaften von Flachs, Baumwolle, Wolle und natürlichen Materialien, die lange Zeit wiederholt chemisch behandelt wurden, um beispielsweise Baumwolle elastisch zu machen oder Leinengewebe weniger faltig zu machen.
Die Innovationen von heute haben die Geometrie der Fasern beeinflusst. Textilhersteller versuchen, Garne so dünn wie möglich zu machen. Die feinsten synthetischen Fäden des Gewebes sind auf dem unter dem Mikroskop aufgenommenen Foto deutlich zu erkennen (siehe Abb. 6.13).
Ein beliebtes Material heutiger Modedesigner - elastisch ist nicht nur in Sportbekleidung, sondern auch in Alltagsanzügen praktisch. Es gibt bereits einen Stoff auf der Basis der kleinsten Glaskugeln, die Licht reflektieren. Kleidung aus solchem \u200b\u200bMaterial ist ein guter Schutz für diejenigen, die nachts auf der Straße sind, zum Beispiel für Verkehrsleiter.
Eine der synthetischen Sorten ist Kevlar, das fünfmal dichter als Stahl ist und zur Herstellung von kugelsicheren Jacken verwendet wird.
Eine sehr originelle Technologie ist die Herstellung von Stoffen für die Kleidung eines Astronauten, mit denen er außerhalb der Atmosphäre vor der eiskalten Kälte des Weltraums und der sengenden Hitze der Sonne geschützt werden kann. Das Geheimnis solcher Kleidung liegt in Millionen mikroskopisch kleiner Kapseln, die in Gewebe oder Schaumstoff eingebettet sind (siehe Abb. 6.14).
Kapseln enthalten Paraffine. Beim Erhitzen schmelzen sie und entziehen Substanzen in der Nähe Wärme. Letztendlich wird ein Anzug aus einem solchen Stoff ein Hindernis für den Weg des Sonnenlichts zum menschlichen Körper. Lösen Sie das umgekehrte Problem: Beim Abkühlen beginnen sich die gleichen Paraffinkugeln unter dem Einfluss der von außen kommenden Kälte zu verfestigen. Die Erstarrung geht mit der Freisetzung von Wärme einher, die das Gewebe und den Körper des Astronauten erwärmt.