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
A fa Elsődleges feldolgozása a fa kitermelése. 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
A fa fajsúlya kicsi 500-750 kg/m3, 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) 150Co-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 SiO2, amelyhez szódát Na2CO3, hamuzsírt K2CO3, 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
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
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
– – –
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
–
30 MVA-nál nagyobb teljesítményű gépeknél gazdaságos
6
