Пластика и керамика как альтернатива металлам

Обновлено: 19.05.2024

Темы урока. 1. Технология изготовления изделий из порошков (порошковая металлургия). 2. Пластики и керамика.

Тип урока. Комбинированный.

Цели урока. По теме 1: организовать деятельность обучающихся по ознакомлению с технологией изготовления изделий из порошков; по теме 2: организовать деятельность обучающихся по ознакомлению с современными многофункциональными материалами; обучить школьников выполнять поиск в Интернете и других источниках информации о предприятиях региона проживания, использующих современные материалы и технологии их обработки.

Содержание урока 1

Технологии получения современных материалов
§2. Пластики и керамика

Пластики и керамику называют современными многофункциональными материалами из-за широкого их применения во многих областях человеческой деятельности.

Пластики

В 5 и 6 классах вы кратко ознакомились с искусственными материалами — пластмассами.

Пластики, или пластмассы (пластические массы) — это органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение нашли пластмассы на основе синтетических полимеров.

Синтетическими полимеры называют потому, что их получают с помощью технологий синтеза (синтез — процесс соединения веществ в единое целое) определённых химических веществ.

Полимеры подразделяют на термопластичные и термореактивные. Термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол) при нагреве размягчаются, а при охлаждении затвердевают. Термореактивные полимеры при нагреве не плавятся, а разрушаются.

Кроме полимера, пластмассы содержат наполнители (для придания пластмассе таких свойств, как прочность и термостойкость), пластификаторы (для повышения пластичности материала) и красители (для окрашивания пластмасс в разные цвета).

Способ производства пластмасс был открыт учёными-химиками в середине XIX в. В настоящее время во многих областях деятельности человека недорогие пластмассы заменили дорогостоящие металлы и другие материалы (рис. 3).

Рис. 3. Изделия из пластмасс:
а — детали машин; б — трубы; в — садовый инвентарь; г — мебель; д — детские игрушки

Наиболее распространённой технологией получения изделия из пластмассы является технология литья под давлением, которая заключается в том, что расплавленная пластмасса впрыскивается в металлическую пресс-форму и при остывании образует готовую деталь.

Достоинством пластмасс является меньший, чем у металлов, вес, они не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и растворителей, не оказывают вредного воздействия на человека. Однако, многие пластмассы являются более хрупкими и менее прочными, чем металлы.

Благодаря полезным свойствам пластмассы широко применяют в машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве, медицине, автомобиле- и судостроении, авиастроении и в быту.

Из-за широкого распространения пластмасс в мире возникла проблема утилизации их отходов, которые обязательно должны перерабатываться, поскольку при сжигании пластика выделяются токсичные вещества, а разлагается пластик в течение 100-200 лет.

В 1988 г. была введена система международных универсальных кодов переработки пластмасс (табл. 1).

Таблица 1

Международные универсальные коды переработки пластмасс

Значок маркировки пластмассы	Название	Примечание
ПЭТ, ПЭТФ (полиэтилентерефталат)	Используется для производства тары для безалкогольных напитков, фруктовых соков и др.
ПЭНД (полиэтилен низкого давления)	Применяется для производства бутылок, фляг, полужёсткой упаковки. Считается безопасным для пищевого использования
ПВХ (поливинилхлорид)	Используется для производства труб, садовой мебели, оконных профилей, тары для моющих средств. Является потенциально опасным для пищевого использования
ПЭВД (полиэтилен высокого давления)	Применяется для производства мусорных мешков, пакетов, плёнки и гибких ёмкостей. Считается безопасным для пищевого использования
ПП (полипропилен)	Используется в автомобильной промышленности, при изготовлении игрушек, а также в пищевой промышленности, в основном для упаковок. Распространены полипропиленовые трубы для водопроводов. Считается безопасным для пищевого использования
ПС (полистирол)	Используется при изготовлении плит теплоизоляции зданий, упаковок, посуды, ручек и др. Является потенциально опасным, особенно в случае горения, поскольку содержит стирол
Прочие	К этой группе относится любой другой пластик, который не может быть включён в предыдущие группы. В основном это поликарбонат, который может содержать опасные для человека вещества

Сегодня на базе пластиков создано углеродистое волокно, в 15 раз превосходящее по прочности самую лучшую сталь. Для этого изготовленное на основе целлюлозы вискозное волокно смешивают с синтетическими волокнами, искусственными смолами, другими высокомолекулярными соединениями и нагревают до высокой температуры в среде инертных газов. Получившееся волокно содержит более 85 % углерода, откуда и происходит его название. Благодаря прочности, устойчивости к воздействию высоких температур и химических веществ его используют в авиастроении, также из него изготавливают изделия для электро- и радиотехники. На основе углеродных волокон получают жёсткие и гибкие электронагреватели, обогреваемую одежду и обувь, защитные костюмы.

Керамика

Керамические изделия (керамику) получают из порошка, состоящего из соединений металлов с кислородом, азотом или углеродом, уплотнённого в пресс-форме и нагретого до 2000 °C в специальной печи. Детали из керамики, в отличие от металлов, могут выдерживать сильный нагрев, не теряя прочности, поэтому их стали широко использовать в двигателях внутреннего сгорания, установленных на современных автомобилях (клапаны, поршни, толкатели, шарики для шарикоподшипников и др.) (рис. 4). Причём эти детали легче стальных. Кроме того, керамика отличается высокой твёрдостью и стойкостью к истиранию. Учёными успешно испытан в лабораторных условиях полностью керамический двигатель, работающий при очень высоких температурах.

В металлообработке режущие инструменты с пластинами из корундовой керамики (корунд — искусственно синтезированный очень твёрдый минерал) легко обрабатывают высокопрочные стали.

В электротехнике и электронике керамические материалы используют для изготовления изоляторов, конденсаторов, для монтажа микропроцессоров, а также во многих полупроводниковых приборах.

В атомной энергетике керамику применяют вместо металлов в ядерных реакторах, где рабочие температуры слишком высоки для металлов.

Высокотехнологичная керамика, которая использовалась в космической индустрии, стала применяться в стоматологии при зубном протезировании. Эта керамика прочней обычного пломбировочного материала, имеет высокую биологическую совместимость с организмом человека, обладает идеально гладкой поверхностью.

В настоящее время в домашнем обиходе всё чаще появляются керамические ножи, овощечистки и др., имеющие лезвия, изготовленные на основе диоксида циркония (рис. 5). Лезвия таких кухонных инструментов не ржавеют и долго не требуют заточки, но очень чувствительны к ударам и падениям. Ножом нельзя резать на твёрдой поверхности во избежание выкрашивания режущей кромки.

Биоматериалы — это синтетические или естественные материалы, используемые в медицине. Биоматериалы применяют для улучшения качества и продолжительности жизни человека путём замены повреждённых участков его организма: отдельных органов и тканей, которые по разным причинам утратили способность выполнять возложенные на них функции. В настоящее время биоматериалы используют для лечения, восстановления и замены более 40 различных частей человеческого тела, включая кожные покровы, мышечную ткань, кровеносные сосуды, нервные волокна, костную ткань. На смену металлическим биоматериалам пришли биокерамические материалы (биокерамика) и синтетические полимеры, которые обладают необходимой биологической совместимостью с человеческими органами.

Знакомимся с профессиями

Литейщик пластмасс — специалист, занимающийся изготовлением деталей из пластмасс. Он готовит материал для литья по рецептуре, устанавливает пресс-формы, настраивает механизмы на заданный режим литья, контролирует режим и процесс литья по измерительным приборам, определяет качество литья, устраняет неполадки в работе литьевой машины.

Практическая работа № 1

Подготовка к образовательному путешествию

2. Выберите маршрут и составьте в рабочей тетради перечень того, на что следует обратить внимание при исследовании работы выбранного предприятия: вид производственного помещения, выпускаемая продукция, применяемые технологии, используемые современные материалы, оборудование и инструменты, транспортные средства, специальности работников и др.

Запоминаем опорные понятия

Пластики (пластмассы), технология синтеза, термопластичные и термореактивные полимеры, углеродистое волокно, керамика, биоматериалы (биокерамика).

Пластики и керамика

Пластики и керамика. Пластики и керамика как материалы, альтернативные металлам. Область применения пластмасс, керамики, биокерамики. Экологические проблемы утилизации отходов пластмасс.

Практическая работа:изучение проблемы твердых бытовых отходов.

Тип урока- комбинированный

Методы: личностно-ориентированного подхода, частично-поисковый, проблемного изложения, репродуктивный, объяснительно-иллюстративный

Цель: формирование у человека системы практико-ориентированных знаний и умений и на их основе развития природосообразного поведения в окружающем мире.

1. Ознакомить учащихся с технологическими процессами несложных металлических и пластмассовых деталей;

2. Научить учащихся формулировать и записывать последовательность технологического процесса изготовления простой детали из металла или из пластмассы;

3. Развивать технологическое мышление, навыки планирования трудовой деятельности;

4. Делать выводы, обобщать.

Предметные: получение информации о технологии изготовления изделий из металлов и искусственных материалов;

Метапредметные:

регулятивные УУД: уметь определять и формулировать цель на уроке с помощью учителя; планировать своё действие в соответствии с поставленной задачей; вносить необходимые коррективы в действие после его завершения на основе его оценки и учёта характера сделанных ошибок;

коммуникативные УУД: слушать и понимать речь других; умение работать индивидуально и в группе; вести сотрудничество с учителем и сверстниками

познавательные УУД: формирование умения извлекать информацию из иллюстраций, текстов; ориентироваться в своей системе знаний; отличать новое от уже известного; добывать новые знания; находить ответы на вопросы, используя учебник, свой жизненный опыт и информацию, полученную на уроке.

Личностные: воспитание ответственности за результаты своей деятельности, развитие трудолюбия и бережного отношение к имуществу

Форма организации учебной деятельности – индивидуальная, групповая

Методы обучения: наглядно-иллюстративный, объяснительно-иллюстративный, частично-поисковый, самостоятельная работа с дополнительной литературой.

О чем мы говорили на прошлом уроке. Задание?

Порошковая металлургия не стоит на месте, развивается, появляются новые материалы: Металлокера́мика, Твердые сплавы, Пористый металл

Керамика — изделия из неорганических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготавливаемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением. В узком смысле слово керамика обозначает глину, прошедшую обжиг.

С древнейших времен и вплоть до наших дней керамические изделия занимают одно из ведущих мест в декоративно-прикладном искусстве всех народов мира.

В настоящее время керамика применяется как материал в промышленности (машиностроение, приборостроение, авиационная промышленность и др.), строительстве, искусстве, широко используется в медицине, науке. В XX столетии были созданы новые керамические материалы для использования в полупроводниковой индустрии и др. областях.

Среди всех известных материалов по совокупности физико-химических, механических и художественно-эстетических свойств керамика не имеет себе равных. От примитивных сосудов, вылепленных вручную и обожженных на костре, до изделий, изготовляемых на основе самых последних достижений современной науки; от грубого кирпича до тонкого прозрачного фарфора - таков путь развития керамики.

Видео «Гончарное дело»

Пластмассы (пластические массы) или пластики — органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры).

Название «пластмассы» означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять заданную форму после охлаждения или отвердения.

История. Первая пластмасса была получена английским металлургом и изобретателем Александром Парксом в 1855 году. Развитие пластмасс началось с использования природных пластических материалов (жевательной резинки, шеллака).

Какими свойствами обладают пластмасс?

Типы пластмасс. В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании изделий пластмассы делят на:

• Термопласты (термопластичные пластмассы) — при нагреве расплавляются, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние;

• Реактопласты (термореактивные пластмассы) - После отверждения не могут переходить в вязкотекучее состояние.

• Также газонаполненные пластмассы — вспененные пластические массы, обладающие малой плотностью.

• Углеродное волокно — материал, состоящий из тонких нитей. Углеродное волокно. чудесный полимер. прочнее стали, но гораздо легче его.

Как вы думаете, каким способом можно соединить пластмасс между собой?

Пластиковые отходы должны перерабатываться - почему?

3.Проблема отходов

В настоящее время на каждого из жителей нашей планеты приходится в среднем около 1 т мусора в год, и это не считая миллионов изношенных и разбитых автомобилей. Если весь накапливающийся за год мусор не уничтожать и не перерабатывать, а ссыпать в одну кучу, образовалась бы гора высотой с Эльбрус - высочайшую горную вершину Европы.

Можно назвать несколько причин увеличения количества мусора:

рост производства товаров массового потребления одноразового использования;

увеличение количества упаковки; повышение уровня жизни, позволяющее пригодные к использованию вещи заменять новыми.

«Дикие» свалки не только уродуют ландшафт, но и представляют угрозу для здоровья людей. Вещества, образующиеся при разложении отходов, загрязняют атмосферный воздух. Дождевая вода вымывает ядовитые вещества разложившихся отходов; это приводит к загрязнению и заражению открытых водоемов и грунтовых вод. Сейчас известны способы уничтожения бытового мусора, не представляющие серьезной угрозы для окружающей среды.

Наибольшее распространение получили три способа ликвидации мусора:

устройство специально оборудованных свалок;компостирование мусора; утилизация на мусороперерабатывающих заводах

Компостирование мусора - способ обезвреживания и использования отходов. Способом компостирования можно перерабатывать только органические вещества, составляющие в случае бытовых отходов немногим более половины мусора. Органические вещества, имеющие естественное (растительное и животное) происхождение, под воздействием бактерий и кислорода воздуха разлагаются. При компостировании, как правило, бытовые отходы смешиваются с отходами, образующимися при переработке сточных вод на очистных сооружениях. Отходы перегнивают и образуют компост, используемый как удобрение. Аналогично получают компост в сельском хозяйстве, смешивая навоз с растительными остатками.

Каждый из нас ежедневно пользуется множеством вещей, которые после их использования также становятся спецотходами, например батарейки; неиспользованные медикаменты; остатки химических средств защиты растений (ядохимикатов); остатки красок, лаков, антикоррозионных средств и клеев; остатки косметики (тени для век, лак для ногтей, жидкость для снятия лака);остатки средств бытовой химии (средства для чистки, дезодоранты, пятновыводители, аэрозоли, средства по уходу за мебелью);

Видео «Утилизация мусора»

Утилизация отходов позволяет экономнее расходовать природные ресурсы.

Следует упомянуть о проблеме утилизации скопившихся в каждой стране огромных количеств изношенных автопокрышек. Перерабатывая их до так называемого дисперсного состояния (в резиновую крошку с размерами частиц от 0,63 до 5 мм), можно не только ликвидировать горы покрышек, но и изготавливать из них различные резиновые изделия. Среди них такие, как гидротермоизоляционные блоки, используемые в строительстве.

Довольно остро в последнее время стоит проблема утилизации отработанных люминесцентных ламп, широко используемых для освещения учреждений, в частности, школ.

Пр.р. изучение проблемы твердых бытовых отходов.

Составление вариантов решения проблем твердых бытовых отходов

Вопросы и задания

1.Назовите основные причины возникновения проблемы отходов

2.Какие в настоящее время существуют способы ликвидации бытовых отходов (мусора)?

Материалы, изменившие мир. Технологии получения материалов.

Сортовой прокат тип металлопроката, который отличается элементарностью формы поперечного сечения. Если говорить языком техническим, то ни одна касательная линия к поперечному сечению такого изделия, не должна пересекать это сечение. Таким образом, сортовой прокат, это круг, квадрат, шестигранник и полоса. Это общепринятые формы для сортового проката, который по своей природе является заготовкой для дальнейшего производства

Просмотр содержимого документа
«Материалы, изменившие мир. Технологии получения материалов.»

Тема Материалы, изменившие мир. Технологии получения материалов. Современные материалы: многофункциональные материалы, возобновляемые материалы (биоматериалы), пластики и керамика как альтернатива металлам, новые перспективы применения металлов, пористые металлы. 6 класс Составила : Рафикова Надежда Степановна

Сортовой прокат, как и любой прокат, имеет свои особенности и требования. Он отличается по точности исполнения, по своему материалу, размеру и другим параметрам. Однако действительно важной классификацией стало различие сортового проката по качеству поверхности. - 1ПГ, прокат для использования без обработки его поверхности. - 2ПГ, прокат для горячей обработки с давлением. - 3ПГ, прокат для механической, холодной обработки исключительно резанием. У каждого продукта данной категории есть свои особенности, которые продиктованы его формой, а значит областью применения. О каждом из представителей поговорим отдельно. Стальной круг. Если сравнить статистические данные по выпуску сортового проката, то круг стальной окажется самым популярным продуктом этой отрасли. По своему внешнему виду круг стальной, это прут диаметр поперечного сечения, которого может варьироваться от 5 до 270 миллиметров. Более того, при необходимости, его диаметр может быть увеличен до 330 миллиметров. Данный тип сортового проката выпускают из углеродистой стали, низколегированной стали, низколегированной и углеродистой стали высокого качества, а также из высоколегированного сырья. Область применения данного типа сортового прокат чрезвычайно широка. Он используется в строительстве, тяжёлом машиностроении, судостроении. Также он является основой для производства сеток, арматуры, ограждений разного типа. Иногда используется в качестве основы для ковки.

Стальной квадрат, второй по актуальности продукт из данной серии. Он представляет собой прут с квадратом в поперечном сечении. Размеры сторон такого квадрата могут варьироваться от 6 до 200 миллиметров. Сырьевая основа для стального квадрата полностью аналогична производству стального круга. Это сталь низколегированная обычного и высокого качества, высоколегированная, сталь углеродистая обычного и высокого качества. Область использования стального квадрата обусловлена его правильной геометрической формой. Он идеально подходит для всевозможных точных конструкций, начиная от арматуры и заканчивая формированием сложных оград, сеток и скамеек. Стальной шестигранник мы опустим в рассмотрении, так как он уж совсем похож на квадрат по своим общим характеристикам. Хотя при работе с данным представителем сортового проката, наверняка появятся свои нюансы, как и при рассмотрении любого вопроса предметно. Последним представителем сортового проката, который мы рассмотрим, станет полоса стальная. По габаритам полоса стальная может варьироваться в разных размерах. Это касается как её длины, так и размеров сторон поперечного сечения. Кстати, поперечное сечение стальной полосы – прямоугольник. В плане использования полоса стальная действительный чемпион. Эту продукцию используют в её начальном виде, она служит в качестве основы для сложных конструкций, становится заготовкой для производства инструментов и всевозможных гнутых профилей. Обозначить сферы применения стальной полосы практически невозможно, потому что данный тип сортового проката активно используется во всех сферах жизни человека. Это перечень представителей сортового проката. Исходя из общих характеристик, Вы наверняка сможете определиться с тем, какой из них Вам нужен, и как лучше использовать этот продукт на благо своего предприятия.

Материалы, изменившие мир. Технологии получения материалов. Современные материалы: многофункциональные материалы, возобновляемые материалы (биоматериалы), пластики и керамика как альтернатива металлам, новые перспективы применения металлов, пористые металлы.

Особенности обработки искусственных материалов. Эко логическая безопасность при изготовлении, применении и утилизации искусственных материалов.

Первая пластмасса была получена английским металлургом и изобретателем Александром Парксом в 1855 году. Паркс назвал её паркезин (позже получило распространение другое название — целлулоид). Паркезин был впервые представлен на Большой Международной выставке в Лондоне в 1862 году. Развитие пластмасс началось с использования природных пластических материалов (жевательной резинки, шеллака), затем продолжилось с использованием химически модифицированных природных материалов (резина, нитроцеллюлоза, коллаген, галалит) и, наконец, пришло к полностью синтетическим молекулам (бакелит, эпоксидная смола, поливинилхлорид, полиэтилен и другие).

Паркезин являлся торговой маркой первого искусственного пластика и был сделан из целлюлозы, обработанной азотной кислотой и растворителем. Паркезин часто называли искусственной слоновой костью. В 1866 году Паркс создал фирму ParkesineCompany для массового производства материала. Однако, в 1868 году компания разорилась из-за плохого качества продукции, так как Паркс пытался сократить расходы на производство. Преемником паркезина стал ксилонит (другое название того же материала), производимый компанией Даниэля Спилла, бывшего сотрудника Паркса, и целлулоид, производимый Джоном ВеслиХайатом.

Типы пластмасс В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании изделий пластмассы делят на: Термопласты (термопластичные пластмассы) — при нагреве расплавляются, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние; Реактопласты (термореактивные пластмассы) — в начальном состоянии имеют линейную структуру макромолекул, а при некоторой температуре отверждения приобретают сетчатую. После отверждения не могут переходить в вязкотекучее состояние. Рабочие температуры выше, но при нагреве разрушаются и при последующем охлаждении не восстанавливают своих исходных свойств. Также газонаполненные пластмассы — вспененные пластические массы, обладающие малой плотностью.

Основные механические характеристики пластмасс те же, что и для металлов.

Пластмассы характеризуются малой плотностью (0,85—1,8 г/см³), чрезвычайно низкими электрической и тепловой проводимостями, не очень большой механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера). Физиологически почти безвредны. Свойства пластмасс можно модифицировать методами сополимеризации или стереоспецифической полимеризации, путём сочетания различных пластмасс друг с другом или с другими материалами, такими как стеклянное волокно, текстильная ткань, введением наполнителей и красителей, пластификаторов, тепло- и светостабилизаторов, облучения и др., а также варьированием сырья, например использование соответствующих полиолов и диизоцианатов при получении полиуретанов.

Твёрдость пластмасс определяется по Бринеллю при нагрузках 50—250 кгс на шарик диаметром 5 мм.

Теплостойкость по Мартенсу — температура, при которой пластмассовый брусок с размерами 120 × 15 × 10 мм, изгибаемый при постоянном моменте, создающем наибольшее напряжение изгиба на гранях 120 × 15 мм, равное 50 кгс/см², разрушится или изогнётся так, что укреплённый на конце образца рычаг длиной 210 мм переместится на 6 мм.

Теплостойкость поВика — температура, при которой цилиндрический стержень диаметром 1,13 мм под действием груза массой 5 кг (для мягких пластмасс 1 кг) углубится в пластмассу на 1 мм.

Температура хрупкости (морозостойкость) — температура, при которой пластичный или эластичный материал при ударе может разрушиться хрупко.

Для придания особых свойств пластмассе в неё добавляют пластификаторы (силикон, дибутилфталат, ПЭГ и т. п.), антипирены (дифенилбутансульфокислота), антиоксиданты (трифенилфосфит, непредельные углеводороды).

Производство синтетических пластмасс основано на реакциях полимеризации, поликонденсации или полиприсоединения низкомолекулярных исходных веществ, выделяемых из угля, нефти или природного газа, таких, к примеру, как бензол, этилен, фенол, ацетилен и других мономеров. При этом образуются высокомолекулярные связи с большим числом исходных молекул (приставка «поли-» от греческого «много», например, этилен-полиэтилен).

Читайте также: