Композиционные материалы

Композиционные  материалы с неметаллической  матрицей нашли широкое применение. В качестве неметаллических матриц используют полимерные, углеродные и  керамические материалы. Из полимерных матриц наибольшее распространение получили эпоксидная, фенолоформальдегидная и полиамидная. Угольные матрицы, коксованные или пироуглеродные, получают из синтетических полимеров, подвергнутых пиролизу. Матрица связывает композицию, придавая ей форму. Упрочнителями служат волокна: стеклянные, углеродные, борные, органические, на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов, нитридов и других), а также металлические (проволоки), обладающие высокой прочностью и жесткостью.

Композиционные  материалы с волокнистым наполнителем (упрочнителем) по механизму армирующего  действия делят на дискретные, в  которых отношение длинны волокна к диаметру относительно невелико, и с непрерывным волокном. Дискретные волокна располагаются в матрице хаотично. Диаметр волокон от долей до сотен микрометров. Чем больше отношение длинны к диаметру волокна, тем выше степень упрочнения.

Часто композиционный материал представляет собой слоистую структуру, в которой каждый слой армирован большим числом параллельных непрерывных волокон. Каждый слой можно  армировать также непрерывными волокнами, сотканными в ткань, которая представляет собой исходную форму, по ширине и  длине соответствующую конечному  материалу. Нередко волокна сплетают в трехмерные структуры.

Композиционные  материалы отличаются от обычных  сплавов более высокими значениями временного сопротивления и предела  выносливости (на 50 – 10 %), модуля упругости, коэффициента жесткости и пониженной склонностью к трещинообразованию. Применение композиционных материалов повышает жесткость конструкции  при одновременном снижении ее металлоемкости. Прочность композиционных (волокнистых) материалов определяется свойствами волокон; матрица в основном должна перераспределять напряжения между армирующими элементами. Поэтому прочность и модуль упругости  волокон должны быть значительно  больше, чем прочность и модуль упругости матрицы. Жесткие армирующие волокна воспринимают напряжения, возникающие  в композиции при нагружении, придают  ей прочность и жесткость в  направлении ориентации волокон.

Для упрочнения алюминия, магния и их сплавов применяют  борные волокна, а также волокна  из тугоплавких соединений (карбидов, нитридов, боридов и оксидов), имеющих  высокие прочность и модуль упругости. Для армирования титана и его  сплавов применяют молибденовую проволоку, волокна сапфира, карбида  кремния и борида титана. Повышение  жаропрочности никелевых сплавов  достигается армированием их вольфрамовой или молибденовой проволокой. Металлические  волокна используют и в тех случаях, когда требуются высокие теплопроводность и электропроводимость.

1.3. Изготовление монтажных  узлов и деталей из стальных  труб

Композиционные  материалы с металлической матрицей.

Композиционные материалы состоят  из металлической матрицы (чаще Al, Mg, Ni и их сплавы), упрочненной высокопрочными волокнами (волокнистые материалы) или тонкодисперсными тугоплавкими частицами, не растворяющимися в  основном металле (дисперсно-упрочненные  материалы). Металлическая матрица  связывает волокна (дисперсные частицы) в единое целое. Волокно (дисперсные частицы) плюс связка (матрица), составляющие ту или иную композицию, получили название композиционные материалы.

1.4. Изготовление монтажных  узлов из чугунных труб

Если конструкцию монтируют из чугунных труб, то крепление горизонтальных участков, которые обычно располагаются ниже уровня пола, должно устанавливаться через каждые 2 м. Кронштейны могут опираться на стену (но это наименее предпочтительный вариант) или на кирпичные столбы-подпорки. 
В цехи по обработке чугунных конструкций и фасонные части завозят и укладывают в стеллажи. Отсюда трубы поступают на разметочные верстаки для разметки по эскизу, а затем к станкам для перерезки и перерубки. После этого заготовленные детали труб и фасонные части на сборочных верстаках по эскизам собирают в узлы и заделывают раструбы.

После необходимой выдержки узлы укладывают на стеллажи, откуда направляют на склад  готовой продукции. Такой же технологический  процесс заготовки трубопровода применяют в случае отсутствия конвейера, но при этом детали передают от операции к операции специальными тележками, передвигаемыми вручную, или посредством  подвесных корзин, перемещаемых электрической  талью по монорельсу.

Собранные детали и узлы или линии  трубопровода, чтобы определить неплотность  в соединениях, испытывают воздухом в ванне, наполненной водой. Для  этой цели концы заготовки закрывают  заглушками, из которых одна глухая, а вторая сквозная  с отверстием для подачи воздуха от компрессора. Заглушённую деталь опускают в ванну  с водой, после чего открывают  кран на воздушном шланге, соединенном  с компрессором. Появившиеся воздушные  пузырьки указывают места неплотного соединения деталей. Закрытие концов деталей  заглушками с резьбой отнимает много  времени. Более удобными являются быстросменные  эксцентриковые заглушки. Их свободно надевают на конец трубы и закрывают, просто нажимая на эксцентриковую ручку.

Приступая впервые к выполнению работы на монтажном заводе, молодой  рабочий должен получить от мастера  подробные указания о правилах и  приемах безопасного ее выполнения. Работать можно только на исправных  станках и механизмах. Все вращающиеся части станка и механизма — зубчатые колеса, шкивы, ременные передачи — должны иметь прочно укрепленное ограждение. Нельзя надевать и переводить на ходу приводные ремни и касаться вращающихся частей, так как при этом  можно получить ранение.

1.5. Изготовление монтажных  узлов из термопластов.

Композиционные  материалы с неметаллической  матрицей.

Композиционные  материалы с неметаллической  матрицей нашли широкое применение. В качестве неметаллических матриц используют полимерные, углеродные и  керамические материалы. Из полимерных матриц наибольшее распространение  получили эпоксидная, фенолоформальдегидная  и полиамидная. Угольные матрицы  коксованные или пироуглеродные получают из синтетических полимеров, подвергнутых пиролизу. Матрица связывает  композицию, придавая ей форму. Упрочнителями  служат волокна: стеклянные, углеродные, борные, органические, на основе нитевидных кристаллов (оксидов, карбидов, боридов, нитридов и других), а также металлические (проволоки), обладающие высокой прочностью и жесткостью.

Свойства  композиционных материалов зависят  от состава компонентов, их сочетания, количественного соотношения и  прочности связи между ними. Армирующие материалы могут быть в виде волокон, жгутов, нитей, лент, многослойных тканей.

Содержание  упрочнителя в ориентированных  материалах составляет 60-80 об. %, в неориентированных (с дискретными волокнами и  нитевидными кристаллами) – 20-30 об. %. Чем выше прочность и модуль упругости волокон, тем выше прочность  и жесткость композиционного  материала. Свойства матрицы определяют прочность композиции при сдвиги и сжатии и сопротивление усталостному разрушению.

По виду упрочнителя композиционные материалы  классифицируют на стекловолокниты, карбоволокниты с углеродными волокнами, бороволокниты  и органоволокниты.

В слоистых материалах волокна, нити, ленты, пропитанные  связующим, укладываются параллельно  друг другу в плоскости укладки. Плоские слои собираются в пластины. Свойства получаются анизотропными. Для  работы материала в изделии важно  учитывать направление действующих  нагрузок. Можно создать материалы  как с изотропными, так и с  анизотропными свойствами. Можно  укладывать волокна под разными  углами, варьируя свойства композиционных материалов. От порядка укладки слоев  по толщине пакета зависят изгибные и крутильные жесткости материала.

Применяется укладка упрочнителей из трех, четырех  и более нитей. Наибольшее применение имеет структура из трех взаимно  перпендикулярных нитей.

Трехмерные  материалы могут быть любой толщины  в виде блоков, цилиндров. Объемные ткани увеличивают прочность  на отрыв и сопротивление сдвигу по сравнению со слоистыми. Система  из четырех нитей строится путем  разложения упрочнителя по диагоналям куба. Структура из четырех нитей  равновесна, имеет повышенную жесткость  при сдвиге в главных плоскостях. Однако создание четырехнаправленных  материалов сложнее, чем трехнаправленных.

 

1.6. Собирание монтажных  узлов, блоков.

При монтаже конструкций необходимо обеспечить:

а) устойчивость и неизменяемость смонтированной части конструкций  сооружения на всех стадиях монтажа;

б) устойчивость монтируемых конструкций  и их прочность при монтажных  нагрузках;

в) безопасность ведения монтажных, строительных и специальных работ  на объекте.

Монтаж каждого участка следует  начинать со связевой панели или с  другой пространственно устойчивой части здания или сооружения.

Сборка и монтаж конструкций, возводимых в районах с расчетной температурой ниже минус 40°С и до минус 65°С включительно, должны выполняться без ударных воздействий на конструкции при отрицательных температурах.

Устойчивость конструкций в  процессе монтажа должна обеспечиваться соблюдением определенной последовательности монтажа вертикальных и горизонтальных элементов конструкций, установкой постоянных или временных связей, предусмотренных в чертежах КМ или в проекте производства работ.

Элементы конструкций перед  подъемом должны быть очищены от грязи, снега, льда; окраска их в поврежденных местах должна быть восстановлена.

Подъем гибких конструкций следует  производить с применением усилений или приспособлений, препятствующих возникновению в элементах остаточных деформаций.

Устанавливаемые элементы конструкций  до их освобождения от крюка монтажного крана должны быть надежно закреплены болтами, пробками, прихватками, с установкой постоянных или временных связей, распорок, расчалок и т. и., предусмотренных  проектом производства работ.

Отверстия в монтажных соединениях, выполняемых на заклепках или  болтах повышенной точности, при установке  конструкций должны быть заполнены временными болтами и пробками. Диаметр пробок должен соответствовать диаметру отверстий.

Число пробок устанавливается расчетом, при этом усилие на пробку допускается  принимать такое же, как на заклепку.

Отверстия в соединениях на болтах грубой и нормальной точности при  установке конструкций заполняются  постоянными болтами и пробками в таких же количествах.

Количество, размеры и длина  прихваток в монтажных сварных  соединениях, воспринимающих монтажные  нагрузки, определяются расчетом. В  монтажных сварных соединениях, не воспринимающих монтажные нагрузки, длина прихваток должна быть не менее 10% длины проектных монтажных  швов этого соединения, но не короче 50 мм.

Инструментальная проверка правильности установки конструкций, а также  их окончательная выверка и закрепление  должны производиться по ходу монтажа  каждой пространственно-жесткой секции сооружения.

1.7. Подготовка к монтажу  отопительных котлов, котельно- вспомогающего оборудования.

	Для отопления частных жилых домов, допускается установка котлов с  отводом продуктов сгорания через  наружную стену и герметичной  камерой сгорания. Для отопления  жилых домов высотой до 10 этажей, допускается установка котлов с  отводом продуктов сгорания в  дымоход согласно ДСТУ Б В.Б 2.5-33:2007
	В одном помещении должно располагаться  не более двух теплогенераторов.
	Выбор наиболее оптимального дымохода должен осуществляться специалистом. Вам только необходимо знать, что  внутренний диаметр дымохода должен быть не меньше, чем диаметр горловины  котла; на пути дымовых газов различных  изгибов и колен должно быть минимальное  количество; при устройстве дымохода необходимо в обязательном порядке  принять меры по предотвращению образования конденсата.  Важным условием для бесперебойной работы отопительного газового оборудования являются дымоходы для котлов с естественной вентиляцией. Для отводов продуктов сгорания от теплогенераторов могут использоваться дымоходы внутри стен зданий и сооружений, пристроенные наружные и внутренние, специальные горизонтальные каналы в наружных стенах для отвода продуктов сгорания от теплогенераторов с герметической топкой. Поперечное сечение дымоходов и величина тяги должны обеспечивать нормальную работу теплогенераторов на всех режимах их работы.

2. Монтажно-собирательные  работы согласно производственного задания.

2.1. Подготовка к производству  в монтажной организации.

Композиционные материалы –  материалы будущего.

После того как современная физика металлов подробно разъяснила нам причины  их пластичности, прочности и ее увеличения, началась интенсивная систематическая  разработка новых материалов. Это  приведет, вероятно, уже в вообразимом  будущем к созданию материалов с  прочностью, во много раз превышающей  ее значения у обычных сегодня  сплавов. При этом большое внимание будет уделяться  уже известным механизмам закалки стали и старения алюминиевых сплавов, комбинациям этих известных механизмов с процессами формирования и многочисленными возможностями создания комбинированных материалов. Два перспективных пути открывают комбинированные материалы, усиленные либо волокнами, либо диспергированными твердыми частицами. У первых в неорганическую металлическую или органическую полимерную матрицу введены тончайшие высокопрочные волокна из стекла, углерода, бора, бериллия, стали или нитевидные монокристаллы. В результате такого комбинирования максимальная прочность сочетается с высоким модулем упругости и небольшой плотностью. Именно такими материалами будущего являются композиционные материалы.