Какие материалы относятся к искусственным. Синтетические ткани: описание, разновидности, характеристики. Акрил: полиакрилонитрильные материалы
«Искусственные материалы: пластмасса, пластик, полиэтилен».
Программное содержание:
Углублять представление детей об искусственных материалах: пластмасса, пластик, полиэтилен.
Уточнить знания детей о естественных и искусственных материалах.
Закрепить знания о свойствах и качествах пластмассы, пластика и полиэтилена.
Дуб - это светлая лиственная древесина, которая легко обрабатывается, несмотря на ее хорошую твердость. Его легко нарисовать и сопротивлять поглощению влаги. Дуб идеально подходит для мебели из-за его естественных эстетических качеств и его структурного удержания. Он также используется при строительстве лодок, рамок, сундуков и напольных покрытий. Это придает вину вкус, когда он используется в созревающей бочке.
Сосна - быстрорастущая хвойная древесина, родная Скандинавии. Он имеет однородную текстуру и очень прост в работе. Он легко измельчается и сопротивляется сжатию, набуханию из-за влаги и деформации, несмотря на его широкое зерно. Он широко используется при строительстве деревянных каркасных домов, панелей, промышленной мебели, деревянных поддонов и многих других продуктов.
Расширять представление детей о применении этих материалов в быту.
Воспитывать бережное отношение к природе и уважительное отношение к трудовой деятельности людей.
Материал к занятию :
Набор предметов, сделанных из пластмассы (банки для сыпучих продуктов, игрушки, пробки, ручки, ведро); из пластика (бутылки, ваза, одноразовая посуда); образцы полиэтилена, скатерть, полиэтиленовый пакет; образцы природных материалов (глина, дерево, кожа, уголь, песок).
Секвойя происходит из узкой полосы земли вдоль западного побережья Америки. Он легкий, но относительно сильный, мягкая древесина, с которой легко работать, обладает хорошей естественной устойчивостью к разложению и поэтому широко используется в производстве наружной мебели, ограждений и деревянных изделий для дома. Его также называют красным деревом из-за его темного розоватого цвета.
Палисандр или палисандр очень твердые и с низкой степенью детализации. Это темно-красновато-коричневый цвет. Трудно работать и становиться в форме, и требуется, чтобы его полностью полировали, чтобы иметь законченный вид. Он обычно используется для изготовления музыкальных инструментов, таких как пианино, а также ручки инструментов, некоторые скульптуры, декоративные виниры и некоторые предметы мебели, которые придают ему уникальный и приятный аромат, который отличает его от большинства других лесов.
Ход занятия .
Дети, мы с вами знаем о том, что предметы, которые нас окружают, сделаны из разных материалов. Одни из них человек нашёл в природе (это естественные, натуральные материалы). Назовите, что к ним относится? (глина, песок, дерево - их нам дают растения или люди добывают их из земли (уголь, нефть)).
(Показать образцы природных материалов).
Ель - мягкая, но механически устойчивая древесина из Скандинавии, которая хорошо работает, но имеет низкую устойчивость к условиям окружающей среды. Она светлая и светлая в цвете и низкой плотности. Это хороший вариант для производство мачт кораблей, самолетов, ящиков, ящиков и столярных изделий в целом из-за его хорошей прочности конструкции ввиду его небольшого веса.
Тик - лиственная древесина, известная своей высокой устойчивостью к влаге, она также устойчива к деформации, растрескиванию и имеет хорошую долговечность. Она используется в самых разных продуктах, которые должны быть Они очень прочные или должны быть изнашиваемыми деталями и включать мебель, обшивку, столярные изделия, корабли, строительные, церковные двери и тиковые полы.
А ещё есть материалы, которые получают на промышленных предприятиях. Они создаются руками человека или техникой, придуманной им. Эти материалы носят название, - вспомните какое? (рукотворные или искусственные).
Дети, посмотрите, у меня на столе лежат предметы (показать игрушки пластмассовые, ведро, пробки, телефон). Как вы думаете, из чего они сделаны?
Орех имеет тонкую текстуру, темный цвет и прост в работе. Он устойчив к деформации и удлинению и способен выдерживать большинство отделок, таких как краски или печи. Он в основном используется для производства мебели из массива и шпона, шкафов, панелей и декоративных безделушек. Световой грецкий орех является родным для Персии, а черный грецкий орех является родным для Соединенных Штатов.
Внимание к используемым смолам и клеям, исследования показывают, что они вредны. В качестве меры предосторожности рекомендуется аэрировать кусок мебели из древесно-стружечной плиты за несколько часов до помещения ее в дом и избегать нескольких в той же комнате. Опять же, будьте осторожны при использовании его из-за эмалирования клея при сборке мебели или работы такого рода древесины. Он довольно мягкий, достаточно гибкий и очень прост в работе. Он режет и работает очень легко и широко используется для внутренней мебели, особенно для шкафов и полки.
Это пластмассовые предметы.
Как вы думаете, это природный или искусственный материал?
Искусственный. (Почему?)
Слово пластмасса обозначает «пластическая масса». Пластическая потому, что при сильном нагревании она превращается в массу, напоминающую пластилин, и из этой массы можно сделать любой предмет (как из пластилина). Затем пластмасса охлаждается и застывает, и получается предмет любой нужной формы.
Из-за своей природы настоятельно рекомендуется носить маску при шлифовании из-за крошечных частиц, которые легко вдыхаются. Фанера - это искусственная древесина, которая была изобретена во время Второй мировой войны и в основном использовалась для строительства лодок и десантных кораблей для военных. Он изготовлен из множества тонких слоев ламинированной древесины, склеенных вместе. Каждый слой создает прямой угол с зерном нижнего слоя, придавая ему прочность, позволяя ему оставаться достаточно гибким.
Чем стройнее доска, тем более гибкой она будет. Он широко используется в строительной отрасли, потому что это может быть дорогостоящим для полов или стены. Однако в машине, которая везет его в аэропорт, гордость, которую он получает от его эксплуатации, исчезает при виде строительной машины, которая поднимает блок из бетона на несколько тонн. Человеческие мышцы - это лицо машин, рожденных мозгами одних и тех же людей.
А сейчас возьмите эти предметы в руки. Потрогайте. Что вы можете о них сказать? Они какие? (тяжёлые или лёгкие, мягкие или твёрдые, шершавые или гладкие).
А если посмотреть сквозь пластмассу? Она не прозрачная.
А если уронить предметы на пол, то они разобьются? Нет, они прочные.
Пластмасса очень практичный и дешёвый материал. Благодаря тому, что пластмасса обладает такими свойствами и качествами, как твёрдость, гладкость, лёгкий вес, прочность – люди стали широко применять предметы из пластмассы в своей жизни. Более того, без них уже невозможно представить нашу жизнь.
Однако, как только мы хотим построить миниатюрные устройства, эти машины больше не подходят, поэтому физики разрабатывают материалы, так называемые адаптивные или интеллектуальные, которые стимулируют, формируют и создают силы на небольших устройствах. Приводы, в которых рычаги и барабаны слишком громоздки, будут использоваться при разработке небольших манипуляторов, таких как миниатюрные клапаны и шарнирные рычаги, которые будут перемещать объекты размером ячейки или даже реальными. клеток, не повреждая их.
Материалами, наиболее часто изучаемыми для этих свойств, являются пьезоэлектрическая керамика, сплавы с памятью формы и полимеры. Между этими различными материалами конкуренция трудно достичь или даже превысить производительность естественных мышц. Записи падают регулярно, но все они по-прежнему страдают от серьезных недостатков: их слишком большая хрупкость.
Назовите пластмассовые предметы, которые вам встречаются (игрушки, телефоны, часы, пуговицы, шприцы, корпус холодильника, компьютера; пластмассовые детали есть и в машинах, и на кораблях, и на самолётах).
Вот как много пластмассовых предметов, потому что они удобные в использовании и не сложные в исполнении.
Дети, на моём столе есть ещё одна группа предметов, сделанных из другого искусственного материала – он называется пластик. С предметами, сделанными из пластика, вы тоже часто встречаетесь. Вот, например, пластиковые бутылки, в которых продаётся газированная вода или соки. Они разные по размеру: большие и маленькие. Они удобны в использовании. А ещё есть пластиковая одноразовая посуда; вам она тоже, наверное, встречалась. Вот она, какая разноцветная (показать), чтобы было приятно ею пользоваться.
С точки зрения скорости, амплитуды деформации, силы приложенной силы и прочности, приводы, созданные с адаптивными материалами, иногда превосходят мышцы в соответствии с одним из критериев оценки. но ценой одной деградации производительности в соответствии с другой. Например, пьезоэлектрические приборы, используемые для регулирования развития камер или управления считывающей головкой жесткого диска, очень быстро деформируются при воздействии электрического поля, но максимальная амплитуда Около одного процента их деформаций находятся в сплавах с памятью формы, которые прикладывают огромные напряжения и собирают металлические детали более надежно, чем любой другой сварной шов, однако их свойства быстро ухудшаются после нескольких циклов.
Потрогайте, пожалуйста, пластиковые предметы и скажите, какие они?
Лёгкие, твёрдые, гладкие, тонкие, пластик легко гнётся.
По сравнению с пластмассой, пластик более мягкий, пластичный. Менее прочный, если задеть чем-то острым или сильно загнуть, он может порваться. (Режется ножницами).
А сейчас перейдём к третьей группе предметов.
Полимерные материалы, то есть длинные молекулярные цепи, соединенные друг с другом несколькими химическими связями, выдерживают большие деформации, являются прочными и быстро деформируются и подавляются. Наиболее перспективные элементы для построения надежных миниатюрных приводов. Механизмы их функционирования, которые напоминают для некоторых из них естественные мышцы, делают их «искусственными мышцами», хотя этот термин узурпирован, поскольку цель состоит не в замене естественной мышцы одной из эти устройства, но для получения точных, воспроизводимых и миниатюрных движений.
Вот, посмотрите – это пакеты, скатерть, плёнка пищевая. Они тоже встречаются нам каждый день. Сделаны они из искусственного материала, который называется (спросить, кто знает) – полиэтилен.
Возьмите образцы полиэтилена, потрогайте. Что вы можете сказать о свойствах полиэтилена?
Он мягкий, если крепко сжать в кулак – мнётся, шуршит (издаёт звук); если потянуть, то он сначала потянется, а затем порвётся. Значит, он не очень прочный. Лёгкий по весу. Может быть как прозрачный, так и не прозрачный.
Такие материалы, как мышцы
Для первых двух типов искусственных мышц, которые мы описываем, проводящих гелей и полимеров, энергия обеспечивается в химической или электрической форме. Вещество природного или синтетического происхождения, которое может использоваться в биомедицинских применениях. Исследование биоматериалов включает в себя проектирование, производство и характеристику этих материалов. Это свойство, называемое биосовместимостью, касается анализа характеристик взаимодействия между биоматериалом и живым организмом, в который он должен быть вставлен.
Из полиэтилена делают занавески для ванной, т. к. полиэтилен не пропускает воду.
А ещё вы, наверное, видели как на даче, на огороде, мамы и бабушки делают парник (домик для растущих овощей). Там летом, благодаря полиэтилену, всегда тепло, даже жарко. Оно долго сохраняется, и посаженные овощи растут и созревают быстрее, т. к. очень любят тепло.
В частности, с технологической точки зрения идеальный биоматериал должен обладать: хорошей химической стабильностью, он не должен вызывать токсические и канцерогенные явления или провоцировать явления отторжения. Особое внимание следует также уделить его электрическим свойствам, главным образом в случае, когда биоматериал должен контактировать с кровью, чтобы избежать возникновения возможных явлений коагуляции.
Материалы биологического происхождения
Наконец, он также должен иметь хорошие характеристики сопротивления механическая и коррозионная, плотность, которая позволяет сохранить вес устройств, в которых он используется в допустимых пределах, и характеристику способности к многократной стерилизации без разрушения. В дополнение к трансплантации, при замене органов, использование материалов как животного, так и человеческого происхождения в уже организованных структурах или на молекулярной стадии успешно развивается, а также представляет хорошие характеристики их собственной природы биосовместимости, в общем, они не требуют особо сложных и дорогостоящих технологий производства и доставки, так что их производство также находится в пределах досягаемости небольшой промышленности или небольшой исследовательской группы.
А теперь вы подумайте, и подскажите мне, где вы встречали полиэтилен?
Дети, представьте себе, что вы поиграли в пластмассовую игрушку, и она сломалась; попили из пластиковой бутылки, поели из одноразовой пластиковой посуды; использовали полиэтиленовые пакеты, они порвались, помялись – что вы тогда с ними делаете?
Выбрасываете. Часто люди выбрасывают это не в специальные места, а прямо на землю. Или ветер унёс лёгкий полиэтиленовый пакет из мусора, и не один! То возникает какая проблема? – Мы засоряем природу, засоряем нашу землю. У искусственных материалов пластмасса, пластик, полиэтилен есть одно отрицательное (плохое) свойство – они трудно уничтожаются. Им не страшны ни солнечные лучи, ни вода; они могут сотни лет пролежать в земле! А если каждый день это выкидывать, то сколько мусора может накопиться!
Материалы этого типа можно подразделить на материалы из мягких тканей. из твердых тканей и шовных материалов. Сначала первое применение было в сердечно-сосудистом секторе, в котором материалы свиного, говядины и, естественно, человеческого происхождения использовались для реализации протезов и признаков сосудов сосудов кровь. Кроме того, свиная и овечья кожа эффективно использовались для восстановления поврежденных тканей из-за травм или ожогов. Естественно, перед использованием эти материалы должны пройти сложную серию обработок, направленных на уничтожение скоропортящегося компонента материала, чтобы сделать его невосприимчивым к атаке бактерий.
Один учёный говорил об этих искусственных материалах: « Вы можете их ломать, рубить, закапывать, но они всё равно отказываются умирать!»
А если их сжигать, то они выделяют вредный ядовитый дым, и мы загрязняем воздух.
Поэтому, если вы воспользовались чем-то пластмассовым, пластиковым, полиэтиленовым, то выбрасывать это необходимо только в специальные места для мусора. А затем машина это увезёт и на специальных заводах это переработают.
Материалы, изготовленные из твердых тканей, в основном использовались в ортопедии в основном для заполнения зазоров, возникающих из-за дефектов костей или после удаления опухолей. Необходимые основные требования касаются как механических характеристик биоматериала, которые должны быть аналогичны механическим характеристикам кости, как совместимость с самой костью, которая должна быть высокой. Первым используемым материалом была одна и та же человеческая кость, взятая из трупов, которая, очевидно, имеет оптимальные характеристики с точки зрения биосовместимости. из обработанных надлежащим образом животных и, в последнее время, различных материалов, таких как коралловые фрагменты и мадрепоры.
Подведение итога:
Сегодня мы с вами рассмотрели предметы, сделанные из пластмассы, пластика и полиэтилена. Это искусственные материалы, их создал человек.
Определили, какими свойствами и качествами они обладают. Вспомнили, где и как применяет человек предметы, сделанные из этих материалов в своей жизни.
А также вы теперь знаете, что использованные предметы, попадая в природу, засоряют её. Поэтому надо заботиться о природе, беречь её и правильно поступать.
Другая область, в которой, по-видимому, подтверждаются материалы биологического происхождения, относится к биоадгезивам с учетом не очень хорошей биосовместимости искусственных клеев. это фибриновый клей, полученный смесью человеческий фибриноген с различными реагентами. Посредством реакции, аналогичной реакции в организме человека, производство фибрина может быть использовано в качестве обычного синтетического клея. Однако следует помнить, что использование материалов биологического происхождения остается ограниченным в относительно небольшом диапазоне применений, как для присущие этим материалам, как из-за трудностей с поставками.
Общие сведения
Материалы - это вещества из которых изготавливается различная продукция: изделия и устройства, машины и самолеты, мосты и здания, космические аппараты и микроэлектронные схемы, ускорители заряженных частиц и атомные реакторы, одежда, обувь и многое другое. Для каждого вида продукции нужны свои материалы с вполне определенными характеристиками.
К свойствам материалов всегда предъявлялись и предъявляются высокие требования. Хотя современные технологии и позволяют производить множество разнообразных высококачественных материалов, однако проблема создания новых материалов с лучшими свойствами остается актуальной и по сей день.
При поиске нового материала с заданными свойствами важно установить его состав и структуру, а также обеспечить условия для управления ими.
Результат поиска во многом зависит от чувствительности и разрешающей способности приборов, с помощью которых определяются состав и структура синтезируемого материала. Такие приборы создаются на основе только самых последних достижений естествознания и прежде всего физики.
При обработке материала и изготовлении окончательной продукции, необходимой для потребления, не менее важны инженерно-технические достижения, позволяющие производить продукцию высокого качества.
В последние десятилетия синтезированы материалы, обладающие удивительными свойствами, например, материалы тепловых экранов для космических аппаратов, высокотемпературные сверхпроводники и т. п.
Вряд ли можно перечислить все виды современных материалов. С течение времени их число постоянно возрастает. В глубокой древности наиболее широко применялся преимущественно один вид материала - камень, из которого изготавливались топоры, наконечники для стрел. В камне выдалбливались пещеры для жилья. Следующий важный шаг был сделан несколько тысячелетий назад, когда удалось из оксида железа получить металлическое железо. Появились металлические изделия в виде оружия, предметов быта, несложных приспособлений для обработки земли.
И вот заканчивается второе тысячелетие от рождества Христова. Железо как материал по объему производства начинает уступать другим материалам полимерам. С 1980 г., например, в США их производят больше, чем железа. Разнообразная одежда из полиэфира, полиэтиленовая посуда, ковры из полипропилена, мебель из полистирола, шины из полиизопрена и т. п.
- все это примеры чрезвычайно большого многообразия применений полимеров.
Многие конструкционные элементы современных самолетов изготовлены из композиционных полимерных материалов. Один из таких материалов - кевлар - по важному показателю - отношению прочность/масса - превосходит многие материалы, в том числе и самую высококачественную сталь.
В последние десятилетия активно обсуждается вопрос об изготовлении автомобиля полностью из полимерных материалов, которые помогут уменьшить его массу и тем самым экономнее расходовать топливо.
К современным материалам относятся и древесина, и стекло, и силикаты, каждый из которых обычно считают традиционным материалом. Древесина служит не только строительным материалом, но и сырьем для производства ценной многообразной продукции.
Стекло - материал не новый, но перспективный: в последнем десятилетии изготовлены стекла с удивительными свойствами.
Силикатные материалы до сих пор составляют основу строительной индустрии.
Современные пластмассы
Пластмассы - это материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные приобретать заданную форму при нагревании под давлением и устойчиво сохранять ее после охлаждения. Помимо полимера, пластмассы могут содержать наполнители, стабилизаторы, пигменты и другие компоненты. Иногда употребляются другие названия пластмасс - пластики, пластические массы.
Пластмассы различаются по эксплуатационным свойствам (например, антифрикционные, атмосферо-, термо- или огнестойкие), виду наполнителя (стеклопластики, графитопласты и др.), а также по типу полимера (аминопласты, белковые пластики и т. п.
). В зависимости от характера превращений, происходящих в полимере при формовании изделий, пластмассы подразделяются на термопласты (важнейшие из них создаются на основе полиэтилена, поливинилхлорида, полистирола) и реактопласты (наиболее крупнотоннажный вид из них - фенопласты). Основные методы переработки термопластов -литье под давлением, вакуумформование, пневмоформование и др. Реактопласты формуются прессованием и литьем под давлением.
К настоящему времени налажено массовое промышленное производство различных видов пластмасс.
И пластмассы вполне можно отнести к традиционным материалам, хотя поиск пластмасс с новыми свойствами продолжается.
Прошло более ста лет с момента появления на свет первого органического материала - целлулоида. Сегодня многообразие синтетических веществ настолько велико, что вряд ли возможно их перечислить. Когда идет речь об искусственных материалах, многие имеют в виду прежде всего пластмассы - вещества, созданные в искусственных условиях. В 1980 г. американские ученые впервые обнаружили природную полиэфирную пластмассу в гнездах пчел, живущих в земле.
Массовое производство пластмасс началось во второй половине нашего века. В 1900г. мировое производство пластмасс составило около 20 тыс. т, а в 1970 г. - уже 38 млн. т. Предполагается, что к концу тысячелетия объем производства пластмасс достигнет уровня выпуска стали и составит сотни млн. т в год.
Часто к одному и тому же материалу предъявляются взаимоисключающие требования. Например, материал для зимней одежды должен обладать хорошим теплоизолирующим свойством и эластичностью, но в то же время быть прочным. Строителей интересуют материалы с хорошими тепло- и звукоизоляционными, прочностными и другими свойствами.
Всем перечисленным требованиям среди множества материалов в наибольшей степени удовлетворяют искусственные органические соединения - полимеры.
Полимеры построены из макромолекул, состоящих из многочисленных малых основных молекул - мономеров. Процесс их образования зависит от многих факторов, вариации и комбинации которых позволяют получить огромное множество разновидностей полимерной продукции с различными свойствами.
Основные процессы образования макромолекул - полимеризация и поликонденсация.
Около 2/3 всего мирового производства полимеров составляют материалы массового промышленного потребления: полиэтилен, политетрафторэтилен, поливинилхлорид, полипропилен и др. Области применения данных полимеров весьма разнообразны - от текстильной промышленности до микроэлектроники.
Стоимость их сравнительно невысокая. К остальной части полимерных материалов, составляющей 1/3, относятся полиэфирные смолы, полиуретан, аминопласты, фенопласты, поликрилаты, полиформальдегид, поликарбонаты, фторополимеры, силиконы, полиамиды, эпоксидные смолы и другие виды полимеров.
Изменяя структуру молекул и их разнообразные комбинации, можно синтезировать пластмассы с заданными свойствами.
Примером может служить АБС-полимер.
В его состав входят три основных мономера: акрилонитрил (А), бутадиен (Б) и стирол (С). Первый из них обеспечивает химическую устойчивость, второй - сопротивление удару и третий - твердость и легкость термопластической обработки.
Основное назначение данных полимеров - замена металлов в различных конструкциях.
Термопласты обратимо твердеют и размягчаются, поэтому из них легко формуются изделия разной конфигурации.
Искусственные органические вещества, которые не размягчаются при нагревании, называются термореактивными пластмассами или реактопластами.
Это фенольные, карбомидные и полиэфирные смолы. Чаще всего в исходном состоянии они представляют собой жидкости, которые при добавлении катализатора либо нагревании необратимо затвердевают.
Наиболее перспективными материалами с высокой термостойкостью оказались ароматические и гетероароматические структуры с прочным бензольным кольцом: полифениленсульфид, ароматические полиамиды, фторполимеры и др. Данные материалы можно эксплуатировать при температуре 200-400° С. Раньше такими термостойкими свойствами обладали только неорганические вещества. Разработанные специально для сверхзвуковых самолетов полиимидные пластмассы могут выдерживать температуру до 465° С в течение 30 мин. Главные потребители термостойких пластмасс - авиационная и ракетная техника. Такие пластмассы также находят применение и в автомобиле- и станкостроении, в электротехнике (например, для изоляции проволоки в электродвигателях) и т. п.
С каждым днем растет доля полимерных материалов в строительной индустрии.
Пластмассовые рамы, облицовочные материалы, кровля, теплоизоляционные и другие искусственные материалы применяются все чаще в современном строительстве.
Все большую долю материалов составляют разнообразные виды пластмасс для изготовления деталей автомобиля, первенец которого - самодвижущаяся повозка - появился в 1886 г. на улицах Маннгеймера.
За более чем столетнюю историю развития автомобилестроения применялось множество материалов, производимых химической промышленностью, среди которых пластмассы постепенно вытесняли и продолжают вытеснять металл. Так, в 1965 г. на один легковой автомобиль приходилось в среднем 15 кг пластмасс, в 1970 - 25-45 кг. Предполагается, что в ближайшем десятилетии на изготовление одного легкового автомобиля потребуются сотни килограммов пластмассовых материалов, среди которых будут преобладать полиэтилен, поливинилхлорид, АБС-полимеры, полипропилен и др.
Уже производятся легковые автомобили с полностью пластмассовым кузовом. Изготовить весь автомобиль и особенно его двигатель из пластмасс пока не удается. Тем не менее в 1980г. американская фирма демонстрировала автомобильный двигатель из термостойкого пластика, в котором лишь коленчатый вал и поршневые кольца выполнены из металла. Масса данного двигателя оказалась в 2 раза меньше, чем металлического, и потреблял он горючего примерно на 15% меньше, чем обычный. Изготавливаются, кроме того, автомобили с ведущим валом и рессорами из полимерных материалов. В последнее время ведутся работы по массовому внедрению керамических двигателей.
Эластомеры
К полимерным материалам относится и каучук. Многочисленные изделия из данного материала, в том числе и широко распространенная резина, обладают отличительным свойством - эластичностью. Такое свойство объединяет многие эластичные материалы в одну группу эластомеров. Долгое время был известен только один эластичный материал - природный каучук. Он еще и до сих пор добывается из каучукового дерева - бразильской гевеи - таким же способом, как и смола в хвойных лесах, т. е. путем подсечки.
Химия завладела каучуком еще в первой половине XIX в. - в 1841 г., когда американский изобретатель Гудьир предложил способ вулканизации.
Хрупкий при низкой температуре и липкий при нагревании сырой каучук при вулканизации переходит в эластичное состояние. При этом его макромолекулярные цепи образуют сетчатую структуру, соединяясь мостиками из атомов серы.
Статистика мирового производства каучука начинается с 1850 г., когда его было добыто около 1500 т. В 1900 г. бразильские леса давали уже 53 900 т каучука. В том же году появился каучук из деревьев, выращенных на плантациях. В последние годы большая часть натурального каучука добывается на крупных плантациях Индокитая. В 1970 г. потребление каучука в мире составило 7,8 млн. т, доля натурального каучука в котором составила около 38%.
Натуральный каучук имеет сравнительно невысокую термостойкость, не отличается высокой маслостойкостью и подвержен старению. Современные методы синтеза позволяют получить синтетический каучук с заданными свойствами.
К настоящему времени разработано более 10 видов синтетических каучуков и не менее 500 их различных модификаций. Превосходным качеством отличается силиконовый каучук. Он менее эластичен, чем натуральный каучук, но его свойства в интервале температур от -55 до 180° С очень мало зависят от температуры, и к тому же он физиологически безвреден. Гомогенные и ячеистые полиуретановые эластомеры проявляют отличную износостойкость, высокую химическую стойкость и не подвергаются быстрому старению.
Сфера применения эластомеров весьма разнообразная - от машиностроения до обувной промышленности, но все же значительная их доля идет на изготовление шин, потребность в которых с ростом потока автомобилей постоянно возрастает.
Производя синтетические каучуки, химическая промышленность восполняет дефицит природного сырья - каучука. Точно так же производство синтетической кожи сохраняет сырье животного происхождения. По своим свойствам и качеству многие разновидности современной синтетической кожи мало чем отличаются от натуральной кожи высшего качества.
Синтетические ткани
Внедрение химических технологий в текстильную промышленность началось сравнительно давно - около 200 лет назад, когда с помощью соды и хлорной извести удалось существенно улучшить процессы стирки и отбеливания. Например, с применением хлорной извести продолжительность отбеливания хлопковой ткани сократилась с трех месяцев (при луговой отбелке) до шести часов. Во второй половине XIX в. широко внедрялись синтетические органические красители тканей. С начала XX в. химические технологии стали ориентироваться на создание новых волокнистых материалов. К настоящему времени многообразные искусственные волокна изготавливаются в основном из четырех видов химических материалов: целлюлозы (вискозы), полиамида, полиакрилонитрила и полиэфиров. Более 50% современных волокон производится из материалов, синтезированных за последние 50-60 лет.
На практике широко применяются химическое облагораживание и отделка тканей. Разработаны технологии химической обработки шерсти для обеспечения устойчивости против моли.
Найдены способы, позволяющие уменьшить усадку материала, и придающие ему качества несминаемости.
Уделяется большое внимание разработке эффективных способов обработки материалов для обеспечения антистатических, антимикробных, грязеотталкивающих и других важных свойств.
Около 50% основных текстильных изделий способны сгорать при нормальных условиях. Снизить горючесть волокон можно двумя путями; специальной обработкой волокон и созданием новых волокнистых жаростойких полимеров. К наиболее перспективным жаростойким полимерам можно отнести ароматические и гетероароматические соединения, длительное время выдерживающие температуру 250-300° С. Содержащие графит волокнистые материалы не теряют своих качеств даже при 1000-2000° С. Разработанные полиэфирные волокна путем включения атомов титана при сохранении механической прочности и гибкости могут противостоять нагреванию до 1200° С.
Среди всех выпускаемых в 70-е годы материалов доля искусственных тканей для одежды составляла около 50%, для товаров домашнего обихода - примерно 25% и столько же для технических целей. Налажено массовое производство высокопрочных кордовых нитей из полиамидов, полиэфиров и вискозы для шинной промышленности.
Объем производства синтетических материалов для изготовления одежды определяется потребительским спросом, в котором за последние годы наметилась тенденция к снижению. Такая тенденция вполне оправдана, ибо синтетические волокна не обладают всем комплексом свойств, присущих естественным волокнам. И одна из важнейших задач химиков - приблизить по свойствам и качеству искусственные материалы к естественным.
Новое поколение тканей, над которыми сегодня работают специалисты, может перестроить наше представление об одежде и ее функциях. Такие ткани сотканы из волокон, которые их изобретатели называют «интеллигентными». За столь обязывающим определением скрываются материалы, обладающие полезными для человека свойствами.
При холоде они греют, при жаре - охлаждают, удаляют пот и отвечают другим нуждам кожи.
Уже имеются в продаже легкие ткани, обладающие высокой степенью защиты от солнечных лучей. Есть также ткани, пропускающие ультрафиолетовые лучи.
Американский концерн «Дюпон» первое чисто синтетическое волокно - нейлон - выпустил более 60 лет назад. Затем появились акрил, полиамид, полиэстр и другие волокна, родившиеся в лабораторных ретортах. Однако потребители сравнительно быстро оценили как достоинства, так и недостатки синтетических тканей той поры. Рубашка, не нуждающаяся в утюге, вместе с тем летом не давала дышать телу, а зимой не согревала. Эйфория, поднятая первыми синтетическими изделиями, закончилась в основном мусорным ящиком, а не шкафом для одежды.
Немало времени прошло, прежде чем удалось понять и преодолеть границу между природными и синтетическими волокнами.
Теперь химия легко воспроизводит лучшие свойства льна, хлопка, шерсти, а естественные материалы давно уже стали предметом многократной химической обработки, придающей, например, хлопку упругость или делающей льняную ткань не столь мнущейся.
Новшества сегодняшнего дня затронули геометрию волокон. Изготовители текстильного сырья стремятся сделать нити возможно тоньше. Тончайшие синтетические нити ткани хорошо видны на фотографии, сделанной под микроскопом (см. рис. 6.13).
Излюбленный материал сегодняшних модельеров - эластик удобен не только в спортивной одежде, но и в повседневных костюмах. Уже существует ткань, в основе которой размещены мельчайшие стеклянные шарики, отражающие свет; одежда из такой материи - хорошая защита для тех, кто ночью находится на улице, например, для регулировщиков автотранспортного движения.
Одна из разновидностей синтетика - кевлар в пять раз прочнее на разрыв, чем сталь, и используется для изготавления пуленепробиваемых курток.
Весьма оригинальна технология изготовления ткани для одежды космонавта, которая способна уберечь его за пределами атмосферы от леденящего холода космоса и палящей жары Солнца. Секрет такой одежды в миллионах микроскопических капсул, встроенных в тканьлибо в пенопластмассу (см. рис. 6.14).
Капсулы содержат парафины. При нагревании они плавятся и отбирают тепло у веществ, находящихся рядом. В конечном счете костюм из подобной ткани становится преградой на пути солнечных лучей к телу человека. Решая обратную задачу - охлаждение, те же парафиновые шарики начинают отвердевать под действием холода, пришедшего снаружи; застывание сопровождается выделением тепла, которое согревает ткань и тело космонавта.