13. VYUŽITÍ NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ VE STROJÍRENSKÝCH APLIKACÍCH, TRENDY VÝVOJE NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích Institute of Technology And Business In České Budějovice
Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora studentů se specifickými vzdělávacími potřebami na Vysoké škole technické a ekonomické v Českých Budějovicích" s registračním číslem CZ.1.07./2.2.00/29.0019. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
VYUŽITÍ NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ VE STROJÍRENSKÝCH APLIKACÍCH
• Rozvoj všech průmyslových odvětví, zejména však strojírenského průmyslu, klade stále větší požadavky na vlastnosti konstrukčních i pomocných materiálů. Vyžadovanou kombinací vlastností již nemohou vyhovovat látky v původním stavu, nebo ryzí látky. Ve stále větším rozsahu se uplatňují složené látky vyrobené slitím, slisováním, chemicky a pod. Kovové látky mají ve většině případů větší měrnou hmotnost, menší odolnost proti korozi a jiným chemickým vlivům, jsou špatnými izolátory elektřiny a tepla a špatně tlumí chvění. Zlepšení těchto vlastností kovů je obvykle doprovázeno zvýšením jejich ceny, nebo zhoršením technologických vlastností. Proto se v mnoha případech lépe uplatňují nekovové látky. Z nekovových látek jsou nejdůležitější plasty, které v posledních desetiletích překonali velmi rychlý vývoj. Vedle nich se uplatňuje dřevo, guma, keramika, kamenina, porcelán, kůže a textilie.
VYUŽITÍ NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ VE STROJÍRENSKÝCH APLIKACÍCH • Primárním požadavkem při volbě materiálu pro danou aplikaci je téměř vždy pevnost materiálu. Pro splnění tohoto požadavku má konstruktér k dispozici velkou paletu materiálu. Na příklad hodnota meze kluzu u kovů se pohybuje v rozmezí přibližně od 5 MPa (cín a jeho slitiny) až do 2000 MPa (vysokopevné oceli, slitiny Co), u polymerů je pevnost v tahu v rozmezí cca 8 až 200 MPa.
VYUŽITÍ NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ VE STROJÍRENSKÝCH APLIKACÍCH
• Plasty - oblasti kluzných a otěruvzdorných aplikací, samonosných konstrukcí, především nádob a nádrží chemických zařízení, dynamicky namáhaných prvků, automobilový, letecký, vojenský průmysl atd. • Dřevo – modely pro slévárny, obalová technika, výroba pažeb střelných zbraní, výroba pro stavební účely – okna, dveře a další výrobky, výroba sportovního nářadí atd.
VYUŽITÍ NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ VE STROJÍRENSKÝCH APLIKACÍCH • Sklo - výroba potrubí, stavební materiál, vodoznaky, reklamy, v potravinářském a farmaceutickém průmyslu, lékařství, v optice atd. • Technická pryž - výroba pneumatik, řemenů, obuvi, rukavice, dopravních pásů, hadic, izolací v elektrotechnice, tlumící prvky, obložení atd.
VYUŽITÍ NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ VE STROJÍRENSKÝCH APLIKACÍCH
• Technická kůže - výroba hnacích řemenů, membrán, těsnících podložek a dalších součásti. • Technické textilie - se používají na těsnění, dále jako výztužné vložky do textilních pásů a pneumatik, těsnící šňůry apod. • Technická keramika řezné nástroje, komponenty na otěruvzdorné aplikace, vysokoteplotní aplikace a plynové turbíny.
VYUŽITÍ NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ VE STROJÍRENSKÝCH APLIKACÍCH
• Kompozity - elektrotechnické součástky se zaručenou elektrickou pevností a izolačním odporem na elektroizolační desky, kostry, tělesa přístrojů, skříňových částí rozvoden a rozvaděčů, elektrických strojů a transformátorů, výrobu kluzných ložisek, větších ozubených kol, kladek, kluzných částí strojů a zařízení, tlumících částí, skříňových částí, pák, táhel, ochranných kotoučů, podložek, obložení kluzných částí lisů, těžkých hoblovacích strojů a rámových pil.
TRENDY VÝVOJE NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ • Keramické materiály • Keramika je svými vynikajícími vlastnostmi elektrickými, magnetickými, tepelnými a chemickými nepostradatelná v průmyslu elektrotechnickém a elektronickém. Díky mechanickým vlastnostem za vysokých teplot, odolnosti proti otěru, korozi a dalším termomechanickým vlastnostem se konstrukční keramika uplatňuje ve strojírenství, hutnictví, chemii i textilním průmyslu. Biologické kompatibility těchto materiálů se využívá k aplikacím v medicíně.
TRENDY VÝVOJE NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ • Trendy vývoje nekovových materiálů • Polymerní materiály • Nástup polymerních materiálů do strojírenských oboru je v posledních letech velmi intenzivní, protože žádný z klasických kovových materiálů nedosahuje takové univerzálnosti a rozsahu možných aplikací. Využívání různých druhů materiálů v leteckém a automobilovém průmyslu, v chemickém strojírenství, v konstrukci výrobních strojů a zařízení, ve výrobě potrubních systémů, povlakování kovových dílů aj. jasně ukazuje, že zájem o využívání polymerních materiálů bude i v budoucích letech růst. Snižování hmotnosti výrobků je totiž neobyčejné silnou hnací silou materiálového vývoje.
TRENDY VÝVOJE NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ
• Kompozity • Kompozity umožňují velmi efektivní využití hmoty a energie vložené do výrobku nebo konstrukce. To prokazatelně vypovídá o perspektivě těchto materiálů pro budoucí strojírenství. Důležitým materiálovým kritériem uplatňovaným při výběru materiálů pro lehké výrobky a konstrukce ale s požadavkem na jejich velikou tuhost a pevnost jsou měrný modul pružnosti a měrná pevnost. Jsou to modul pružnosti a pevnost dělené hustotou materiálu. Tyto veličiny tak v sobě zahrnují jak hledisko mechanických vlastností, tak hmotnosti materiálu.
TRENDY VÝVOJE NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ • Povrchové vrstvy a úpravy
• Povrch a povrchová struktura materiálu má výraznou úlohu v determinování finálních vlastností výrobku. Proto jedním z perspektivních směrů přípravy nových materiálů je i oblast povrchového inženýrství. Tento obor se věnuje studiu struktury a vlastností povrchu materiálu a hledá optimální modifikace funkčních vlastností povrchu vytvářením vrstev a povlaků.
TRENDY VÝVOJE NEKOVOVÝCH MATERIÁLŮ • Postihnout problematiku rozsáhlé oblasti nových materiálů při povoleném rozsahu učebního textu je nemožné. V současné dobé se ve strojírenské výrobě používá asi 20 000 typů konstrukčních materiálů, z nich asi polovina byla nove vyvinuta nebo inovována v posledním desetiletí.
LITERATURA • ŠESTÁK, J., STRNAD, Z., TŘÍSKA, A. a kol. Speciální technologie a materiály. Academia: Praha. 1993. 253 s. • JANOVEC, J., CEJP, J., STEIDL, J. Perspektivní materiály. Praha: Vydavatelství ČVUT v Praze, 2008. • PARK, J. Biomaterials Science and Engineering. Springer. 2014. 459 p. ISBN-13: 978-1461297109
