1. NEKOVOVÉ MATERIÁLY A JEJICH KLASIFIKACE, STRUKTURA A VLASTNOSTI, OBLASTI VYUŽITÍ VE Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích STROJÍRENSTVÍ 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.
TECHNICKÉ MATERIÁLY ROZDĚLENÍ Každý výrobek, skupina, součástka i jednotlivý díl je vyroben z materiálu. Materiál musí plnit určitou funkci, která je daná užitnými hodnotami výrobku. Tyto materiály souhrnně nazýváme technické materiály. Základním kritériem pro volbu materiálu jsou jeho vlastnosti, které plní požadované funkce.
TECHNICKÉ MATERIÁLY ROZDĚLENÍ Pro snadnější orientaci v technických materiálech, tyto
rozdělíme na dvě základní skupiny: • kovové materiály - mezi ně patří všechny čisté kovy a jejich slitiny, • nekovové materiály - do této skupiny patří všechny materiály neobsahující kovy. Základním materiálem pro konstrukci strojů jsou v dnešní době kovy a plasty. Plasty v posledních desetiletích konkurují kovům, a to díky výraznému zlepšení jejich vlastností.
TECHNICKÉ MATERIÁLY ROZDĚLENÍ Technické materiály kovové materiály železné kovy
neželezné kovy
surové železo oceli litiny
těžké neželezné kovy lehké neželezné kovy slitiny
nekovové materiály plasty termoplasty reaktoplasty elastomery
ostatní materiály dřevo sklo kůže pryž keramika textil pomocné hmoty
PLASTY • uměle vyrobené látky organického původu složené z makromolekul základními prvky jsou vodík a uhlík nejdůležitějšími surovinami pro výrobu plastů jsou ropa a zemní plyn
PLASTY - VYUŽITÍ VE STROJÍRENSTVÍ
• Nejširší uplatnění nacházejí plasty tribologických problémů strojních dílů.
při
řešení
• Důležitou skupinu představují otěruvzdorné a nelepivé plastové výstelky dopravních a skladovacích zařízení sypkých abrazivních hmot. • Automobilový průmysl je typickým strojírenským oborem, kde se plasty uplatňují. Hlavním důvodem je snižování hmotnosti vozidla, antikorozní vlastnosti a možnost vysoké racionalizace výroby.
PLASTY - VYUŽITÍ VE STROJÍRENSTVÍ • Šrouby a matice z plastů: materiály pro závitové součásti jsou různé podle povahy výrobku. • Potrubí: odolnost proti atmosférické i půdní korozi, chemikáliím, nízká měrná hmotnost, snadná manipulace, doprava, otěruvzdornost, elektroizolační vlastnosti, a levná výroba vytlačováním. • Kluzná ložiska: jedna z hlavních oblastí použití plastů, ušetří se barevné kovy a není třeba olejové mazání.
DŘEVO • je organický materiál rostlinného původu • největší podíl jeho skladby zaujímá celulóza (cca 42%), dále hemicelulózy (cca 26%) a lignin (cca 25%) • zbytek tvoří acetyl (cca 2%) (pozn. acetyl je součástí hemicelulóz), popeloviny (0,3 %), škroby a tuky (cca 1,8%), bílkoviny (cca 1%), třísloviny (cca 0,1%), pryskyřičné látky (cca 1,6%) a ve stopovém množství barviva, alkaloidy, glykosidy a ostatní složky.
DŘEVO - VYUŽITÍ VE STROJÍRENSTVÍ • stavební materiál (sendvičové konstrukce, OSB desky) • výroba dopravních prostředků (lodě) • výroba řeziva • výroba papíru a celulózy • další chemické suroviny, získávané ze dřeva (pryskyřice, přírodní kaučuk, tříslová kůra apod.) • výroba modelu (např. slévárenských) • výztuže přepravních beden, obaly strojů, výroba palet
SKLO Základní suroviny: • Čistý křemičitý písek • Oxid vápenatý • Uhličitan sodný/draselný • Oxid hlinitý • Ze základních surovin se připraví práškovitá směs sklářský kmen -> roztaví se ve sklářské peci • Do sklářského kmene se přidávají přísady pro změnu vlastností skla
SKLO - DRUHY SKEL A JEJICH POUŽITÍ Optická skla • Optické čočky a hranoly • Skla se zvláštní propustností - propouští jen určité druhy záření Elektrotechnická skla • Izolační skla - lisují se z nich izolátory, podložky • Zátavová skla - výroba žárovek, fotonek, obrazovek Nenamrzající skla • Částečně vodivá • Zahřívají se průchodem elektrického proudu
SKLO - DRUHY SKEL A JEJICH POUŽITÍ Konstrukční sklo • Chemicky odolné • Hladký povrch Použití: • Vodoznaky • Armatury • Textilní zařízení • Papírenské stroje • Potravinářský průmysl • Potrubí pro pneumatickou dopravu • Signální a svítidlová skla • Stavební materiál • Optika
DALŠÍ POUŽITÍ SKEL • Skleněná potrubí pro potravinářský a chemický průmysl • Měřidla • Přístroje a součásti pro malý otěr • Vodoznaková, laboratorní skla
TECHNICKÁ PRYŽ • Pryž je materiál vyrobený vulkanizováním kaučuku. Kaučuk – přírodní materiál vyrobený srážením kaučukového mléka. Vulkanizováním, tj. nejčastěji zahříváním na vyšší teplotu, přechází kaučuk působením síry do elastického stavu, stává se méně citlivým na změny teploty a na rozpustila. • Většina pryžových výrobků se vyrábí tvářením kaučukové směsi za současné vulkanizace. • Vlastnosti pryže závisí na druhu, množství plniv a přísad a na způsobu zpracování.
TECHNICKÁ PRYŽ A JEJÍ POUŽITÍ
• Pryž se používá jako těsnící materiál v automobilovém a leteckém průmyslu, na výrobu pneumatik, dopravních pásů, řemenů, hadic, manžet apod. • Starou pryž lze regenerovat a získává se tím cenná surovina, která se přidává do nové pryže, nebo se používá na podřadnější součástky.
TECHNICKÁ KŮŽE • Kůže zvířat je surovinou pro výrobu usně. Surová kůže je tvrdá, lámavá, málo pevná a snadno podléhá hnilobě. Proto se musí vyčinit, promastit a různě upravit, aby získala požadované vlastnosti a tím se dala využít v průmyslu. Vyčiněná kůže se nazývá useň.
TECHNICKÁ KŮŽE A JEJÍ POUŽITÍ • Usně se používají na výrobu hnacích řemenů (ploché, klínové a profilové). K pohonu malých strojků se používají i usně kruhových průřezů. Dále se z ní vyrábějí membrány, těsnící podložky a další součásti.
TECHNICKÉ TEXTILIE • Základní surovinou pro výrobu textilu jsou vlákna a to přírodní rostlinná nebo živočišná a umělá. • Mezi rostlinná vlákna patří len, konopí, juta, lýko, bavlna atd. • Živočišná vlákna tvoří buď srst savců, nebo ztuhlý bílkovinný výměšek housenek. • Umělá (syntetická) vlákna mohou být různého chemického původu. Nejčastěji se používají vlákna polyamidová (silon, nylon, perlon,…).
TECHNICKÉ TEXTILIE A JEJICH POUŽITÍ • Textilie se používají na těsnění, dále jako výztužné vložky do textilních pásů apod. • Plst se používá na těsnění, leštící kotouče, filtry. Velmi dobře tlumí chvění a zvuk. • Plachtoviny se používají pro nákladní auta, na různé kryty apod.
TECHNICKÁ KERAMIKA • Suroviny pro výrobu technického porcelánu získáváme rozemletím minerálních hmot. Tvar dostává výrobek formováním. Následuje pálení při vysoké teplotě, při kterém dochází ke slinutí prášku – podobný proces jako u práškové metalurgie. Produkty technické keramiky jsou: • technický porcelán, • technická kamenina, • tavený čedič.
TECHNICKÁ KERAMIKA A JEJÍ POUŽITÍ • Technický porcelán - jsou to výborné elektrické izolanty. Výrobky vydrží tepelné namáhání kolem 1000°C. Využití těchto materiálů je hlavně v elektrotechnice, ale i v dalších odvětvích průmyslu.
TECHNICKÁ KERAMIKA A JEJÍ POUŽITÍ
• Technická kamenina se od technického porcelánu liší tmavší barvou – zbarvení do hněda. Je křehký, má dobrou odolnost proti chemikáliím. Proto se využívají výrobky z kameniny pro účely chemického průmyslu – výroba van na chemikálie. V současné době je stále více nahrazována plasty, které mají menší hustotu, jsou odolnější proti chemikáliím a mají lepší zpracovatelnost.
TECHNICKÁ KERAMIKA A JEJÍ POUŽITÍ
• Tavený čedič • Výrobky se lijí podobně jako litina, do forem. Výrobky mají vysokou tvrdost a velmi dobrou odolnost proti otěru a opotřebení. Využívají se všude tam, kde je velké namáhání součástí otěrem, např. žlaby na dopravu kamení, štěrku a další.
BRUSIVO • Podle původu je přírodní a uměle. • Přírodní brusivo je obvykle kámen, například pískovec nebo pemza pro hrubší broušení a speciální druhy smirku (korund), pazourku (silex) nebo břidlice pro jemné broušení. Často se jedná o usazené horniny, které obsahují jemné částečky velmi tvrdého minerálu. Tyto částečky působí jako břity a když se při broušení otupí, vylomí se. Proto brusivo při broušení také ubývá a vzniká brusný prach. • Umělá brusiva také obsahují vlastní brusný materiál (diamant, umělý korund, karbid křemíku, sklo apod.) v nějakém měkčím pojivu s větším nebo menším podílem pórů. Nejběžnějším umělým brusivem je pórovité karborundum, směs karbidu křemíku, lisovaná za vysoké teploty.
BRUSIVO A JEHOŽ POUŽITÍ • Broušení je technologie obrábění, při níž se materiál ubírá množstvím nepravidelných a nahodile orientovaných břitů. Ruční broušení patří mezi nejstarší způsoby obrábění, strojové broušení se používá k obrábění kovů, keramiky, skla, ale také dřeva a umělých hmot. Brousit lze i ty nejtvrdší materiály a při strojovém broušení lze dosahovat vysoké přesnosti a velmi kvalitního povrchu.
MAZIVO A JEHOŽ POUŽITÍ • kapalné obsahuje 90 % základového oleje (většinou ropné frakce, tedy minerálního oleje) a do 10 % aditiv. • mezi nekapalné maziva patří plastická maziva a prášky. • je látka (kapalná a nekapalná) určená k omezení tření mezi dvěma povrchy. Zvyšuje účinnost a omezuje otěr. Může mít i další funkce, například rozpouštění a přenos cizích částic nebo odvod tepla.
LITERATURA • SKÁLOVÁ, J., KOUTSKÝ, J., MOTYČKA, V. Nauka o materiálech. Plzeň: Západočeská univerzita v Plzni, 2003. ISBN 80-7043-244-6. • HORÁČEK, J. Nauka o materiálu. Praha: ČZU. 2000. 71 s. ISBN 80-213-0397-2 • KOLOUCH, J. Strojní součásti z plastů. 1. vyd. Praha: SNTL, 1981.
