Stosowanie materiałów konstrukcyjnych w przemyśle spożywczym

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI NARODOWEJ

Tomasz Jagiełło

Stosowanie materiałów konstrukcyjnych w przemyśle spoŜywczym 827[01].O1.03 Poradnik dla ucznia

Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy Radom 2007


1

Recenzenci: mgr inŜ. Tomasz Kacperski dr inŜ. Kazimierz Witosław Opracowanie redakcyjne: mgr inŜ. Tomasz Jagiełło Konsultacja: mgr Radosław Kacperczyk Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 827[01].O1.03. „Stosowanie materiałów konstrukcyjnych w przemyśle spoŜywczym”, zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu operator maszyn i urządzeń przemysłu spoŜywczego. Wydawca Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007


2

SPIS TREŚCI 1. Wprowadzenie 3 2. Wymagania wstępne 5 3. Cele kształcenia 6 4. Materiał nauczania 7

4.1. Metale. Właściwości metali i ich stopów 7 4.1.1. Materiał nauczania 7 4.1.2. Pytania sprawdzające 19 4.1.3. Ćwiczenia 20 4.1.4. Sprawdzian postępów 21

4.2. Tworzywa sztuczne. Materiały kompozytowe 22 4.2.1. Materiał nauczania 22 4.2.2. Pytania sprawdzające 28 4.2.3. Ćwiczenia 28 4.2.4. Sprawdzian postępów 33

4.3. Materiały ceramiczne i ogniotrwałe. Drewno 34 4.3.1. Materiał nauczania 34 4.3.2. Pytania sprawdzające 38 4.3.3. Ćwiczenia 39 4.3.4. Sprawdzian postępów 41

4.4. Materiały uszczelniające. Zjawisko korozji 42 4.4.1. Materiał nauczania 42 4.4.2. Pytania sprawdzające 48 4.4.3. Ćwiczenia 49 4.4.4. Sprawdzian postępów 50

5. Sprawdzian osiągnięć 51 6. Literatura 56


3

1. WPROWADZENIE

Poradnik ten pomoŜe Ci poznać zasady stosowania materiałów konstrukcyjnych w przemyśle spoŜywczym, a takŜe wykształcić podstawowe umiejętności z tego zakresu.

W poradniku zamieszczono: − wymagania wstępne, czyli wykaz umiejętności, jakie powinieneś opanować przed

przystąpieniem do realizacji jednostki modułowej, − cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas jej realizacji, − materiał nauczania, który umoŜliwi Ci samodzielne przygotowanie się do wykonywania

ćwiczeń i zaliczenie sprawdzianów, − pytania sprawdzające, które pomogą Ci sprawdzić, czy juŜ opanowałeś zamieszczony

materiał nauczania z zakresu stosowania materiałów konstrukcyjnych w technice, − ćwiczenia, które ułatwią Ci nabycie umiejętności praktycznych, − sprawdzian postępów, który pozwoli Ci na samodzielne określenie opanowania

wymaganych umiejętności po zakończeniu kaŜdego rozdziału materiału nauczania, − sprawdzian osiągnięć ucznia, czyli przykładowy zestaw zadań testowych, który słuŜy do

oceny poziomu opanowania umiejętności i wiadomości z zakresu całej jednostki. − wykaz literatury.


4

Schemat układu jednostek modułowych

827[01].O1 Techniczne podstawy zawodu

827[01].O1.03 Stosowanie materiałów konstrukcyjnych

w przemyśle spoŜywczym

827[01].O1.01 Przestrzeganie przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy,

ochrony przeciwpoŜarowej i ochrony środowiska

827[01].O1.02 Posługiwanie się dokumentacją techniczną

827[01].O1.05 Analizowanie układów elektrycznych

i sterowania w maszynach i urządzeniach

827[01].O1.04 Rozpoznawanie elementów maszyn,

urządzeń i mechanizmów

827[01].O1.06 Stosowanie podstawowych technik

wytwarzania części maszyn


5

2. WYMAGANIA WST ĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: − identyfikować zagroŜenia dla zdrowia i Ŝycia człowieka występujące w procesie pracy, − ustalać sposoby zapobiegania i likwidacji zagroŜeń występujących w procesie pracy, − identyfikować zagroŜenia dla zdrowia i Ŝycia człowieka występujące ze strony

środowiska pracy, − określać zasady bezpieczeństwa i higieny pracy podczas eksploatacji maszyn i urządzeń

stosowanych w przetwórstwie spoŜywczym, − stosować sprzęt oraz środki gaśnicze zgodnie z zasadami ochrony przeciwpoŜarowej, − wskazywać znaczenie techniki w przetwórstwie spoŜywczym, − rozróŜniać rodzaje i przeznaczenie informacji technicznej, − wyszukiwać informacje techniczne zawarte w graficznych materiałach informacyjnych, − przeanalizować informacje zawarte w tabelach i na wykresach.


6

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć: − rozróŜnić główne grupy materiałów konstrukcyjnych stosowanych do budowy maszyn

i urządzeń w przemyśle spoŜywczym, − określić właściwości wytrzymałościowe materiałów, − określić wpływ cech wytrzymałościowych na dobór materiałów konstrukcyjnych, − scharakteryzować rodzaje i zastosowanie materiałów niemetalowych wykorzystywanych

w konstrukcjach maszyn i urządzeń, − rozróŜnić właściwości materiałów niemetalowych, − rozróŜnić materiały ogniotrwałe, − uzasadnić dobór materiałów ogniotrwałych i ich zastosowanie w przemyśle spoŜywczym, − określić właściwości metali i ich stopów oraz wskazywać na ich zastosowanie

w przemyśle spoŜywczym, − sklasyfikować stopy Ŝelaza z węglem, − rozróŜnić gatunki, właściwości i zastosowanie stopów Fe-C, − określić zastosowanie poszczególnych gatunków stali, Ŝeliwa i staliwa, − rozróŜnić gatunki, właściwości i zastosowanie metali nieŜelaznych i ich stopów

stosowanych w przemyśle spoŜywczym, − rozpoznać na podstawie oznaczeń: stal, staliwo, Ŝeliwo, metale nieŜelazne i ich stopy, − dobrać materiały odpowiednio do środowiska pracy, przetwarzanego materiału, − określić sposób zabezpieczania materiałów przed korozją, zuŜyciem, − skorzystać z wykresu Ŝelazo-cementyt, PN, katalogów, poradników.


7

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Metale. Właściwości metali i ich stopów 4.1.1. Materiał nauczania

Prawodawstwo i normy dotyczące materiałów stosowanych w przemyśle spoŜywczym W Unii Europejskiej obowiązuje szereg norm prawnych, które precyzyjnie regulują

stosowanie materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z Ŝywnością. Aktem o podstawowym znaczeniu jest rozporządzenie nr 1935/2004/WE Parlamentu Europejskiego. Rozporządzenie to ustala wymagania odnoszące się do materiałów i wyrobów, które: − przeznaczone są do kontaktu z Ŝywnością, lub − pozostają w kontakcie z Ŝywnością, lub − moŜna oczekiwać, iŜ wejdą w kontakt z Ŝywnością albo nastąpi migracja ich składników

do Ŝywności w przypadku ich zastosowania w normalnych lub moŜliwych do przewidzenia warunkach. Materiały i wyroby które stykają się z Ŝywnością powinny być tak produkowane, aby

w normalnych lub moŜliwych do przewidzenia warunkach uŜytkowania nie dochodziło do migracji ich składników do Ŝywności w takich ilościach, które mogłyby: − stanowić zagroŜenie dla zdrowia człowieka, lub − powodować niemoŜliwe do przyjęcia zmiany w składzie Ŝywności, lub − powodować pogorszenie cech organoleptycznych Ŝywności.

Do materiałów i wyrobów, które w chwili wprowadzenia do obrotu nie weszły jeszcze w kontakt z Ŝywnością, powinno dołączać się informację: „do kontaktu z Ŝywnością” lub szczególne wskazówki dotyczące ich uŜywania (np.: ekspres do kawy, butelka do wina itp.) lub określony symbol graficzny.

Rys. 1. Symbol stosowany do oznakowania wyrobu do kontaktu z Ŝywnością [24] Przepisy karne przewidują grzywnę lub areszt dla kaŜdego, kto wytwarza, przetwarza,

importuje lub wprowadza do obrotu materiały przeznaczone do kontaktu z Ŝywnością, a nie spełniające wymagań szczegółowo opisanych w odpowiednich przepisach prawnych.

Aktualnie normy europejskie, dotyczące bezpieczeństwa w konstrukcjach maszyn dla przemysłów spoŜywczego, precyzują zagroŜenia i nakazują stosowanie bezpiecznych rozwiązań. Przepisy te dotyczą zarówno określenia reguł projektowania i konstrukcji urządzeń, jak i składu chemicznego uŜywanych materiałów konstrukcyjnych i środków eksploatacyjnych. W Polsce, w tym zakresie obowiązuje norma europejska PN-EN 16726. Norma ta precyzuje zagroŜenia oraz niekorzystne oddziaływania, jakie dla wytwarzanej Ŝywności mogą stwarzać maszyny stosowane w przemyśle spoŜywczym. NajwyŜsze wymagania istnieją w stosunku do materiałów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych znajdujących się w strefie spoŜywczej, czyli tam, gdzie następuje bezpośredni ich kontakt z produktami spoŜywczymi.


8

W obszarze strefy spoŜywczej są sprecyzowane wymagania dla: − materiałów konstrukcyjnych (nie mogą niekorzystnie wpływać na jakość wyrobów), − rodzajów powierzchni (powinny być gładkie, łatwe do czyszczenia), − elementów konstrukcyjnych (złączy, odpływów, napędów i łoŜysk, osłon, pokryw).

Konstrukcja maszyn W projektowaniu współczesnych maszyn dla przemysłu spoŜywczego bierze się pod

uwagę typowe kryteria mechaniczne (wynikające z występujących obciąŜeń, ciśnień w układzie, geometrii styku, prędkości poślizgu lub toczenia się), oraz warunki środowiskowe, na które składają się: temperatura, rodzaj środowiska, rodzaj materiałów, z którymi urządzenie ma kontakt. Aby nie dochodziło do moŜliwości zanieczyszczenia wyrobu, zwraca się szczególną uwagę na stosowanie odpowiednich materiałów konstrukcyjnych, które w kontakcie z surowcami i wyrobami nie wpływają niekorzystnie na jakość wyrobu; nie powinny one nadawać wyrobom obcego zapachu, smaku lub zabarwienia; powinny to być materiały odporne na korozję, nie zanieczyszczające wyrobu i nie absorbujące,

Metale Pierwiastki występujące w przyrodzie moŜna ogólnie podzielić na metale i niemetale.

Grupa metali odznacza się pewnymi charakterystycznymi dla niej właściwościami. Są to m.in.: metaliczny połysk, spręŜystość, plastyczność, nieprzezroczystość, dobra przewodność cieplna i elektryczna, a takŜe pewna mechaniczna wytrzymałość oraz łatwość obróbki. Jednak okazuje się, Ŝe niektóre z tych cech mogą w pewnych warunkach przejawiać równieŜ niemetale, a z kolei niektóre metale niekiedy tracą właściwości przypisane metalom. Dlatego teŜ właściwości metali uwaŜa się raczej za cechy pewnego stanu, a nie za trwałe właściwości przypisywane określonym pierwiastkom.

Pierwiastki metaliczne występują w przyrodzie przewaŜnie w postaci rud. Na drodze róŜnych procesów metalurgicznych są one przerabiane na czyste metale. Z powodu swoich bardzo dobrych właściwości mechanicznych metale są powszechnie wykorzystywane do produkcji maszyn, urządzeń i wielu innych wyrobów, a takŜe jako materiały konstrukcyjne w budownictwie.

Właściwości fizyczne metali Metale charakteryzują niŜej zdefiniowane właściwości fizyczne. Gęstość (masa właściwa) określa stosunek masy do objętości. WyraŜa się ją w [kg/m3].

Gęstość jest cechą charakterystyczną kaŜdej substancji, słuŜy m.in. do obliczania masy i cięŜaru określonej objętości substancji. Przykładem metalu o duŜej gęstości jest platyna [21,45 g/cm3], natomiast metal o małej gęstości to aluminium [2,7 g/cm3].

Temperatura topnienia to taka temperatura, przy której kryształy (z których zbudowana jest substancja) zamieniają się w ciecz. WyraŜana jest w stopniach Kelwina [K] lub Celsjusza [°C]. Metalem łatwo topliwymi jest ołów [327°C], trudno topliwym wolfram [3422°C].

Rozszerzalność cieplna przejawia się w zwiększaniu wymiarów liniowych i objętościowych pod wpływem wzrostu temperatury i zmniejszaniu się ich przy chłodzeniu,

Przewodność cieplna to zdolność do przewodzenia ciepła. Dzięki tej właściwości metale szybko się nagrzewają i szybko tracą ciepło. Przewodność elektryczna to zdolność do przewodzenia prądu. To zjawisko przebiega za pośrednictwem elektronów. Dobrymi przewodnikami są m.in.: złoto, srebro, miedź, aluminium.


9

Właściwości mechaniczne metali Właściwości mechaniczne mają zasadnicze znaczenie dla trwałości wszelkich konstrukcji

metalowych stosowanych w technice. Określają one zdolność metali do przeciwstawiania się działaniu na nie sił zewnętrznych.

Właściwości mechaniczne są określane przez niŜej określone cechy. Wytrzymałość to opór stawiany przez materiał sile, która usiłuje go rozdzielić lub

zmienić jego kształt. W zaleŜności od sposobu działania siły moŜna rozróŜnić wytrzymałość na rozciąganie (Rr), na ściskanie (Rc), na zginanie (Ra), na skręcanie (Rs) oraz na ścinanie (Rt). Miarą wytrzymałości jest stosunek siły do pola powierzchni, na którą ta siła działa. WyraŜa się ją w [N/mm2].

Twardość jest to odporność materiału na odkształcenia trwałe, powstające wskutek wciskania weń wgłębnika. Twardość materiałów jest wartością pozwalającą na określenie zmian zachodzących od powierzchni w głąb materiału. Twardość moŜna mierzyć róŜnymi metodami: Brinella, Rockwella, Vickersa, Poldiego i Shore'a.

Metoda Brinella polega na wgniataniu twardej kalibrowanej kulki stalowej o określonej średnicy w płaską, wygładzoną część przedmiotu. Kulka pozostawia na przedmiocie trwały ślad w postaci wgłębienia (odcisk). Jego wielkość pośrednio słuŜy do określenia twardości danego materiału. Do pomiaru twardości słuŜy specjalny twardościomierz. Twardość określoną sposobem Brinella oznacza się HB.

Metoda Rockwella pozwala na badanie przedmiotów cienkościennych i małych. Pomiar twardości polega na wciskaniu w badany metal stoŜka diamentowego o kącie wierzchołkowym 120° lub kulki stalowej o średnicy 1/16 cala. Twardość określa się z głębokości odcisku w badanym metalu. Twardość określoną tą metodą oznacza się [HRC].

Rys. 2. Twardościomierz Rockwella: 1) wieszak, 2) obciąŜniki, 3) wgłębnik, 4) badany materiał,

5) pryzma, 6) śruba, 7) korbka, 8) koło, 9) czujnik, 10) zwalniacz, 11) dźwignia, 12) amortyzator olejowy [8, s. 95]


10

Udarność to odporność materiału na uderzenie lub nagłe obciąŜenie. Udarność materiału zaleŜy od składu chemicznego badanego materiału, ale takŜe od obróbki plastycznej i cieplnej jakiej ten materiał został poddany. Na przykład stale zahartowane wykazują znacznie mniejszą udarność niŜ stale wyŜarzone, a stale twarde mniejszą udarność niŜ stale miękkie. Na zmniejszenie udarności stali ma duŜy wpływ zawartość domieszek fosforu. Próba udarności polega na złamaniu próbki, specjalnie przygotowanej z karbem, jednorazowym uderzeniem młota wahadłowego (najczęściej stosuje się młot Charpy'ego).

Rys. 3. Młot Charpy’ego [13, s. 313] Tabela 1. Porównanie właściwości mechanicznych róŜnych materiałów [17]

Właściwości technologiczne Właściwości technologiczne metali, decydują o wyborze metod ich obróbki. Do

właściwości technologicznych metali zalicza się m.in.: skrawalność, ścieralność, własności odlewnicze oraz własności plastyczne.

Skrawalność jest to podatność materiałów na obróbkę skrawaniem. Skrawalność zaleŜy pośrednio od twardości metalu. Metale miękkie mają lepszą skrawalność od metali twardych.

Ścieralność określa zdolność materiału do zuŜywania się jako skutek tarcia. Spawalność to podatność metalu do tworzenia złącz spawanych. ZaleŜy ona od składu

chemicznego materiału spawanego, rodzaju spoiwa, rodzaju spawania. Kowalność to podatność metali na obróbkę kuźniczą. Plastyczność jest to zdolność do zmiany kształtu pod wpływem kucia, tłoczenia, czy teŜ

walcowania.


11

Metale Ŝelazne i ich stopy śelazo pozyskuje się z rud Ŝelaza w trakcie wytapiania surówek w piecach hutniczych.

Najbardziej znane rudy Ŝelaza to magnetyt (zawiera 60–72% Ŝelaza), hematyt (40–56%), limonit (20–45%) i syderyt (25–39%). Do tzw. wielkiego pieca oprócz rudy Ŝelaza ładuje się równieŜ materiały wsadowe, którymi są koks i topniki. Koks pełni rolę paliwa, a topniki (kamień wapienny i palone wapno) odprowadzają do ŜuŜla w procesie wytopu niepotrzebne domieszki. Wydzielanie czystego Ŝelaza z jego rud w czasie procesu wielkopiecowego głównie polega na odłączeniu tlenu od tlenków Ŝelaza (proces redukcji).

Stop Ŝelaza z węglem jest to taki stop, w którym węgiel jest rozpuszczony w Ŝelazie. Węgiel w tym stopie moŜe występować w dwóch postaciach: – węgla czystego czyli grafitu, – węglika Ŝelaza zwanego cementytem.

Z wielkiego pieca otrzymuje się surówkę. Jej nazwa pochodzi stąd, Ŝe jest to dopiero surowiec przewidziany do dalszej przeróbki. Surówka hutnicza odlewana jest w postaci bloczków zwanych gąskami. Bezpośredni wpływ na budowę surówki mają jej skład chemiczny i szybkość chłodzenia. Ze względu na budowę (strukturę) rozróŜnia się następujące surówki: − białą, (o białym przełomie), zawierająca węgiel wyłącznie w stanie związanym w postaci

cementytu, charakteryzuje się duŜą twardością i kruchością, jest produktem wyjściowym do wytwarzania stali i staliwa,

− szarą, (o szarym przełomie), zawierająca węgiel w stanie wolnym, w postaci grafitu, jest miękka, charakteryzuje się duŜą lejnością, jest wyjściowym produktem do produkcji Ŝeliwa,

− pstrą (tzw. połowiczną), zawierająca węgiel zarówno w stanie związanym, jak i wolnym.

Cementyt – związek chemiczny węgla z Ŝelazem Fe3C. Topi się w temperaturze 16000C. Oznacza się duŜą twardością, i niewielką plastycznością. Ferryt – roztwór stały węgla w Ŝelazie α. Jest to prawie czyste Ŝelazo. Największa rozpuszczalność węgla w Ŝelazie α wynosi 0,02% C. Austenit – roztwór stały węgla w Ŝelazie γ. Nie występuje w temperaturze otoczenia. Austenit jest bardzo plastyczny. Perlit – mieszanina etektoidalna ferrytu i cementytu zawierająca 0,8%C. Powstaje wskutek rozpadu austenitu podczas przemiany eutektoidalnej zachodzącej w temperaturze 7230C. Ledeburyt – mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu zawierająca 4,3%C. Cieplnej.

Rys. 4. Uproszczony wykres układu Ŝelazo cementyt [14, s. 70]


12

Klasyfikacja stali Stalą nazywa się stop Ŝelaza z węglem, w którym zawartość węgla nie przekracza

wartości 2 %. Stal moŜna otrzymywać w procesie tzw. świeŜenia surówki białej (proces Simensa-Martina w piecu martenowskim). Pierwotnie w surówce znajduje się 4,5% węgla, oraz liczne zanieczyszczenia. ŚwieŜenie oznacza wypalanie szkodliwych domieszek i obniŜenie zawartości węgla. Stal w nowoczesnych hutach uzyskuje się w piecach konwertorowych, łukowych lub próŜniowych. Pozwalają one uzyskać stal wysokiej jakości.

Rys. 5. Schemat procesu produkcji stali [http://home.agh.edu.pl]

W celu uzyskania specjalnych właściwości stali wprowadza się do jej składu domieszki

dodatkowych pierwiastków (tzw. składniki stopowe). Do składników stopowych podnoszących jakość stali naleŜą następujące pierwiastki: chrom, nikiel, mangan, wolfram, miedź, molibden, tytan, wanad. Pierwiastki takie jak tlen, azot, siarka oraz wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki, fosforu zanieczyszczają stal i obniŜają jej jakość.

Wyroby stalowe dostępne są w postaci znormalizowanych i róŜnorodnych wyrobów hutniczych: wlewek, prętów okrągłych, kwadratowych, sześciokątnych, rur okrągłych, profili zamkniętych i otwartych (płaskowniki, kątowniki, ceowniki, teowniki, dwuteowniki), a takŜe blach. Uwzględniając przeznaczenie stali, dzieli się ją na: – stale konstrukcyjne (węglowe i stopowe), – stale narzędziowe (węglowe, stopowe do pracy na zimno, stopowe do pracy na gorąco,

szybkotnące), – stale specjalne (nierdzewne, kwasoodporne, Ŝaroodporne).

Stali konstrukcyjnej uŜywa się do budowy konstrukcji stalowych oraz części urządzeń i maszyn o typowym przeznaczeniu. Gdy konstrukcja lub element urządzenia pracuje w trudnych lub ekstremalnych warunkach atmosferycznych, wytrzymałościowych lub cieplnych, stosuje się stale specjalne (stale resorowe, spręŜynowe, łoŜyskowe itp.).

Stal narzędziowa słuŜy do produkcji narzędzi, elementów przyrządów pomiarowych oraz odpowiedzialnych uchwytów. Stale narzędziowe charakteryzują się wysoką twardością, odpornością na ścieranie, niewielką odkształcalnością i niewraŜliwością na przegrzanie. Cechy te gwarantuje wysoka zawartość węgla i odpowiednia obróbka cieplna, oraz uŜycie odpowiednich dodatków stopowych. W zaleŜności od warunków pracy narzędzia wyróŜnia się stale narzędziowe do pracy na zimno (do 200°C) i do pracy na gorąco. Specjalną grupę tworzą tzw. stale szybkotnące.

Stal specjalna – to rodzaj stali przeznaczonej do specjalnych zastosowań. Stale specjalne są bardzo drogie, gdyŜ zawierają duŜą ilość dodatków stopowych, wymagają skomplikowanej obróbki cieplnej oraz wysokiego reŜimu obróbki. Stalami specjalnymi są m.in. stale


13

nierdzewne, kwasoodporne, Ŝaroodporne, o specjalnych właściwościach magnetycznych, odporne na zuŜycie.

Uwzględniając skład chemiczny stali, dzieli się je na: – stale węglowe, – stale stopowe.

Rys. 6. Zastosowanie stali węglowych w zaleŜności od procentowej zawartości węgla [13, s. 333]

Stale węglowe to takie, w których głównym składnikiem wywierającym wpływ na własności mechaniczne stali jest węgiel. ZaleŜność jest następująca, im większa zawartość węgla w stali, tym większa jest jej wytrzymałość, twardość, zaś mniejsza plastyczność. Stale węglowe dzieli się na niskowęglowe (zawartość węgla do 0,25%), średniowęglowe (0,25–0,60%) i wysokowęglowe (0,60–2%). Pod względem jakości stale wśród stali węglowych wyróŜnia się stale pospolitej jakości (z duŜą ilością szkodliwych domieszek siarki i fosforu), zwykłej i podwyŜszonej jakości.

Stale stopowe od stali węglowych róŜnią się tym, Ŝe celowo do ich składu wprowadza się róŜne pierwiastki (nieŜelazne metale, krzem), które pozwalają nadać stali specjalne właściwości. Nazwy poszczególnych stali tworzy się od nazw głównych składników stopowych np.: stal chromowa, stal chromowo-niklowa, stal wanadowa itp. Dzięki składnikom stopowym nim moŜna uzyskać stal: o zwiększonej wytrzymałości, odporną na korozję, Ŝaroodporną itp.

Oznaczanie stali Sposób oznaczania poszczególnych stali został szczegółowo ustalony w Polskich

Normach. Gatunki i rodzaje stali są umownie oznaczane literami i cyframi. Stale konstrukcyjne węglowe zwykłej jakości w zaleŜności od składu chemicznego

i właściwości mechanicznych oznacza się literami „St” z cyfrą od 0 do 7 oznaczającej kolejny gatunek stali (np. St0, St1, St2 itd., do St7).


14

Stale konstrukcyjne węglowe zwykłej jakości o określonym składzie chemicznym oznacza się MSt9, MSt1, do MSt7. Symbol stali konstrukcyjnych węglowych zwykłej jakości, przydatnych do spawania zakończony jest literą „S” (np.: St3S). Stale konstrukcyjne wyŜszej jakości oznacza się liczbą dwucyfrową, która określa średnią zawartość węgla w stali (np.: stal 08 zawiera 0,05 do 0,11% węgla, a stal 25 zawiera 0,22 do 0,30% węgla).

Stale konstrukcyjne stopowe do nawęglania składa się z cyfr i liter. Pierwsze dwie cyfry oznaczają średnią zawartość węgla w stali, natomiast litery określają rodzaj pierwiastków stopowych według następującego porządku: G – mangan, H – chrom, J – aluminium, N – nikiel, B – bor, M – molibden, T – tytan, F – wanad, W – wolfram, D – miedź, Z – krzemochromowolfram, P – chromonikiel.

Oznaczenie stali narzędziowych rozpoczyna się duŜą literą „N”. Po niej następuje dwucyfrowa liczba określająca średnią zawartość węgla w stali. JeŜeli na końcu symbolu pojawia się litera E, oznacza to stal płytko hartującą się. Stale głęboko hartujące się nie mają na końcu symbolu Ŝadnej litery (np.: N12E stal narzędziowa, płytko hartująca się, o średniej zawartości węgla 1,2% – zwykle uŜywana do wyrobu pilników, noŜy, N9 – stal narzędziowa, głęboko hartująca się, o zawartości węgla 0,9% uŜywana do wyrabiania gwintowników, przebijaków).

Oznaczenie stali narzędziowych stopowych do pracy na zimno składa się z liter; „N” i liter oznaczających zawarte w stali najwaŜniejsze pierwiastki stopowe (np.: NV – stal narzędziowa, stopowa do pracy na zimno – wanadowa). Oznaczenie stali narzędziowych stopowych do pracy na gorąco składa się z liter; „W” i liter oznaczających zawarte w stali najwaŜniejsze pierwiastki stopowe (np.: WV – stal narzędziowa, stopowa do pracy na gorąco – wanadowa). Oznaczenie stali narzędziowych stopowych szybkotnących rozpoczyna się literą „S” (np.: SW stal szybkotnąca wolframowa, SV stal szybkotnąca wanadowa).

Stale do produkcji rur są oznaczone symbolami „R” (np.: R35, R45) Przykłady stali o podwyŜszonej wytrzymałości 18G2, 18G2A i 18G2AV. Stale

trudnordzewiejące są oznaczone symbolami 10HA, 10H, 12HIJA, 12PJA.

Nowe oznaczanie stali wg norm PN-EN W normach PN-EN stosowane są dwa systemy oznaczania stali:

– system literowo-cyfrowy (PN-EN 10027–1:1994), – system cyfrowy (PN-EN 10027-2:1994).

KaŜdy gatunek stali ma nadany znak i numer, który jednoznacznie identyfikuje tylko jeden materiał. W przypadku systemu literowo cyfrowego symbole literowe są odpowiednio dobrane tak, Ŝe wskazują na główne cechy stali np. zastosowanie, własności mechaniczne, skład chemiczny. UmoŜliwia to łatwe identyfikowanie poszczególnych gatunków stali. W przypadku oznaczania stali w systemie cyfrowym kaŜdy gatunek stali ma nadany numer składający się z pięciu cyfr, który moŜna stosować zamiast znaku stali. Numer gatunku stali nadaje Europejskie biuro rejestracyjne. Pierwsza cyfra w numerze „1” oznacza, Ŝe jest to stal, dwie następne oznaczają grupę stali, a dwie końcowe wyróŜniają konkretny gatunek w grupie.(Przykład: „1.4541” oznacza stal odporną na korozję ze specjalnymi dodatkami).

Stale oznaczane wg ich zastosowania i właściwości mechanicznych i fizycznych W tym przypadku znak zawiera symbole główne np: S stale konstrukcyjne, P stale

pracujące pod ciśnieniem, E stale maszynowe. (Przykład: stal S185 zastosowanie: konstrukcje nitowane i łączone śrubami pracujące w temperaturze otoczenia).

Stale niestopowe. Znak stali składa się z następujących symboli: litery C, liczby określającej 100-krotną wartość wymaganej zawartości procentowej węgla. (Przykład: stal C45U zastosowanie: proste narzędzia ręczne, młotki zwykłe i kowalskie, kowadła, pomocnicze narzędzia kowalskie itp.)


15

Stale stopowe. Znak stali składa się z następujących symboli literowych i liczbowych: litery X, liczby określającej 100-krotną wartość wymaganej zawartości procentowej węgla, symboli chemicznych oznaczających składniki stopowe stali, liczb oznaczających średni procent zawartości pierwiastków stopowych. (Przykład: stal X5CrNi18–10 zastosowanie: w przemyśle chemicznym, przetwórstwa spoŜywczego, zbiorniki, pompy, rurociągi, implanty medyczne, naczynia)

Rys. 7. Fragment cyfrowego systemu oznaczania stali wg norm europejskich [http://home.agh.edu.pl]

Stale szybkotnące. Znak stali składa się z: liter HS, liczby oznaczającą średnie procentowe zawartości pierwiastków stopowych, zaokrąglone do liczby całkowitej i oddzielone kreska poziomą w następującym porządku: wolfram (W)-molibden (Mo)-wanad (v)-kobalt (Co)

(Przykład: stal HS2–9–2 zastosowanie: wiertła spiralne, frezy, narzynki i gwintowniki, narzędzia do obróbki kół zębatych)

Staliwo Jest to stal w postaci lanej, o zawartości węgla od 0,1 do 0,6%, odlana w formie

o określonym kształcie. Odlew po zakrzepnięciu moŜe być poddany dalszej obróbce skrawaniem lub cieplnej.


16

Rozpoznawanie jakości stali metodami warsztatowymi. W warunkach warsztatowych w pewnym przybliŜeniu moŜna określić jakość stali jaką

dysponujemy. Jednym ze sposobów jest obserwacja barwy i kształtu iskier powstających podczas szlifowania. Podczas szlifowania stali miękkiej powstają iskry białe i długie. W przypadku szlifowania stali o zwartości węgla do 0,6% powstają iskry jasnoŜółte o niewielkiej ilości gwiazdek. Ze stali o zawartości węgla ponad 0,6% podczas szlifowania powstaje duŜy snop iskier w kształcie gwiazdek o Ŝółtym kolorze. JeŜeli szlifujemy stal specjalną, powstają iskry kolorowe. W przypadku stali wolframowej czerwone, a chromowo-wolframowej biało-czerwone z Ŝółtymi punktami. Inna metoda określenia zawartości węgla w stali polega na wnikliwym obejrzeniu przełomu próbki. Stal o małej zawartości węgla będzie miała przełom włóknisty i barwę srebrzystoszarą.

Badanie twardości metalu w warunkach warsztatowych polega na nacięciu próbki materiału pilnikiem.

Rys. 8. Badanie składu chemicznego stali przez iskrzenie a) stal niskowęglowa, b) średniowęglowa, c) narzędziowa, d) Ŝeliwo, e) szybkotnąca, f) manganowa [13, s. 316]

śeliwo Jest to stop odlewniczy Ŝelaza z węglem, krzemem, manganem, fosforem, siarką i innymi

składnikami zawierający od 2% do 3,6% węgla w postaci cementytu lub grafitu. Występowanie konkretnej postaci węgla zaleŜy od szybkości chłodzenia. śeliwo otrzymuje się przez przetapianie surówki z dodatkami złomu stalowego lub Ŝeliwnego w piecach zwanych Ŝeliwniakami. Tak powstały materiał stosuje się do wykonywania odlewów. śeliwo charakteryzuje się niewielkim skurczem odlewniczym, łatwością wypełniania form, a po zastygnięciu dość dobrą obrabialnością. W celu usunięcia ewentualnych ostrych krawędzi i pozostałości formy odlewniczej wyroby odlewnicze po zastygnięciu poddaje się obróbce mechanicznej przez szlifowanie. Odlew poddaje się takŜe procesowi sezonowania, którego celem jest zmniejszenie wewnętrznych napręŜeń. Bez tego zabiegu wewnętrzne napręŜenia mogłyby doprowadzić do odkształceń wyrobu lub nawet jego uszkodzenia. śeliwo dzięki wysokiej zawartości węgla posiada wysoką odporność na korozję.


17

W technice stosuje się róŜne rodzaje Ŝeliwa. śeliwo szare to rodzaj Ŝeliwa w którym węgiel występuje w postaci grafitu. Nazwa jego

pochodzi od faktu, iŜ jego przełom ma szary kolor. Uznawane za Ŝeliwo wyŜszej jakości, jest bardziej ciągliwe, łatwiej obrabialne, charakteryzuje się dobrą lejnością i posiada mniejszy skurcz odlewniczy niŜ Ŝeliwo białe.

śeliwo białe to Ŝeliwo w którym węgiel występuje w postaci kruchego cementytu. Nazwa jego pochodzi od faktu, iŜ jego przełom ma jasnoszary kolor. Uznawane za Ŝeliwo niŜszej jakości, jest mniej ciągliwe, gorzej obrabialne, charakteryzuje się nie najlepszą lejnością i posiada większy skurcz odlewniczy, niŜ Ŝeliwo szare. Jest to Ŝeliwo kruche i nieobrabialne, nie nadaje się na części konstrukcyjne. Jest materiałem wyjściowym do otrzymywania Ŝeliwa ciągliwego.

śeliwo ciągliwe to Ŝeliwo otrzymane w wyniku długotrwałego wyŜarzania Ŝeliwa białego. śeliwo takie posiada bardzo dobre własności wytrzymałościowe, porównywalne do stali.

śeliwo stopowe to takie Ŝeliwo, do którego w celu modyfikacji jego własności fizycznych i chemicznych dodawane są dodatki stopowe takie jak krzem, nikiel, chrom, molibden, aluminium i inne. Istnieją następujące typy Ŝeliw stopowych: Ŝeliwo odporne na korozję, Ŝeliwo kwasoodporne, Ŝeliwo Ŝaroodporne.

Przykłady Ŝeliw stopowych: – silal – przeznaczone na odlewane elementy do pracy w temperaturach dochodzących do

600–800°C, wadą silalu jest wysoka kruchość, – nicrosilal – podobne do silalu z większym dodatkiem niklu. Charakteryzuje się większą

Ŝaroodopornością i lepszymi charakterystykami wytrzymałościowymi, – niresist – cechuje się wysoką Ŝaroodpornością, a zarazem odpornością na korozję.

Metale nieŜelazne i ich stopy W technice najczęściej wykorzystuje się metale nieŜelazne takie jak: cyna, miedź,

aluminium, ołów, nikiel, cynk. PoniewaŜ metale nieŜelazne są dość drogie, często zastępuje się je ich stopami.

Aluminium (Al) zwane równieŜ glinem, jest lekkim metalem o barwie srebrzystobiałej. Jest odporny na wpływy atmosferyczne, a takŜe działanie słabych kwasów, alkoholi i tłuszczów. Charakteryzuje się dobrą przewodnością elektryczną i cieplną, a takŜe dobrą kowalnością i lejnością. Stosuje się go do wyrobu przewodów elektrycznych, róŜnego rodzaju zbiorników, armatury, naczyń mleczarskich. Ma takŜe duŜe zastosowanie jako składnik stopów z innymi metalami. Zastosowanie aluminium w stanie czystym: w przemyśle chemicznym i spoŜywczym na zbiorniki, przewody, armaturę, naczynia i sprzęt gospodarstwa domowego, folie i opakowania, w przemyśle elektrotechnicznym na przewody elektryczne zwłaszcza wysokiego napięcia, elementy konstrukcyjne kaset, pulpitów, obudów itp.

Cyna (Sn) jest bardzo miękkim metalem o barwie szarej. Cyna poprzez zabieg cynowania lub bielenia stosowana jest do pokrywania warstwą ochronną stali i miedzi. Dokonuje się tego przez zanurzenie części pobielanej w roztopionej cynie. Cyna jest składnikiem stopowym brązu i spiŜu. Jest takŜe wykorzystywana w stopach łoŜyskowych i stopach do lutowania.

Cynk (Zn) jest metalem o barwie srebrzystej z odcieniem błękitnym. Jest bardzo odporny na działanie powietrza i wilgoci, daje się łatwo przerabiać na blachy, pręty, folie i drut. Cynk wykorzystuje się do tworzenia warstw ochronnych na wyrobach Ŝelaznych (cynkowanie). Stosuje się go równieŜ jako składnik w stopach.

Chrom (Cr) jest metalem o barwie srebrzystej z niebieskawym odcieniem. Jest twardy, trudno topliwy. Dzięki niewidocznej powłoce tlenku którym się pokrywa jest odporny na korozję. Stosowany jest jako składnik stopowy, a takŜe do ozdobnego pokrywania galwanicznego (chromowania) wyrobów stalowych i mosięŜnych.


18

Kadm (Cd) o własnościach podobnych do własności cynku. Jest uŜywany jako składnik stopowy.

Kobalt (Co) metal srebrzystobiały, o niebieskawym połysku, kowalny, ciągliwy, ferromagnetyczny, trudnotopliwy. Odporny na działanie czynników atmosferycznych.

Nikiel (Ni) jest metalem o srebrzystobiałej barwie z lekkim Ŝółtawym odcieniem. Jest odporny na korozję i niektóre kwasy. Nikiel jest ciągliwy i plastyczny. Stosowany jest do galwanicznego pokrywania (niklowania) innych metali. Ma szerokie zastosowanie jako składnik stali stopowych, brązów i mosiądzów.

Miedź (Cu) jest plastycznym metalem o jasnoczerwonej barwie. Po długotrwałym działaniu warunków atmosferycznych pokrywa się zielonym nalotem. Miedź jest dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego i ciepła. UŜywana jest do wyrobu przewodów elektrycznych, uzwojeń silników elektrycznych i prądnic. Miedź znajduje równieŜ duŜe zastosowanie do pokrywania przedmiotów stalowych, cynkowych, cynowych i aluminiowych, przed chromowaniem lub niklowaniem. Z miedzi wykonuje się elementy urządzeń grzewczych, chłodniczych itp. Miedź jest głównym składnikiem stopowym takich stopów jak: mosiądze, brązy, spiŜe.

Ołów jest metalem o barwie szarej, miękkim i odpornym na działanie kwasów i zasad. Jest składnikiem wielu stopów. Stosuje się go w przemyśle chemicznym do sporządzania naczyń i armatury do kwasów, w przemyśle elektrotechnicznym do wykonywania płyt akumulatorowych. Bywa równieŜ stosowany w formie róŜnego rodzaju obciąŜników.

Stopy metali nieŜelaznych Stopy aluminium ze względu na małą masę właściwą noszą nazwę stopów lekkich.

Z tego względu oraz dzięki dobrym właściwościom wytrzymałościowym znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle maszynowym. Najbardziej znanymi stopami aluminiowymi są duraluminium i silumin. – Duraluminium (dural) jest stopem aluminium, miedzi, magnezu i manganu

z domieszkami Ŝelaza i krzemu. Odznacza się duŜą twardością, wytrzymałością i małą masą właściwą. Duraluminium jest stopem, który znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym.

– Silumin jest odmianą stopu aluminiowego, która oprócz aluminium zawiera duŜe ilości krzemu oraz niewielkie ilości miedzi, magnezu i manganu. Silumin jest stopem stosowanym do wyrobu elementów silników spalinowych (tłoków), części pomp i armatury chemicznej. Elementy i konstrukcje ze stopów aluminium wykonuje się poprzez walcowanie,

wyciskanie, kucie lub ciągnienie. Wyroby te nie mogą być przeznaczone do kontaktu z Ŝywnością.

Stopy miedzi Najbardziej znanymi stopami miedzi są brązy i mosiądze.

– Brąz to stop miedzi z cyną (brązy cynowe), miedzi z ołowiem (brązy ołowiowe) lub miedzi z aluminium (brązy aluminiowe). Brązy są odporne na ścieranie oraz na działanie związków chemicznych. Stosowane są na tulejki, panewki łoŜysk ślizgowych, części armatury, zawory pomp itp.

– Mosiądz jest stopem miedzi z cynkiem. Barwa mosiądzu zaleŜnie od zawartości miedzi zmienia się od Ŝółtej do czerwono-Ŝółtej. Stosowany jest do wyrobu armatury wodociągowej, przewodów paliwowych, części elektrotechnicznych, przyrządów optycznych i instrumentów muzycznych.


19

Stopy łoŜyskowe Są to stopy słuŜące do wylewania panewek łoŜyskowych. Stopy te powinny

charakteryzować się odpowiednimi właściwościami mechanicznymi do pracy w podwyŜszonej temperaturze łoŜyska, małym współczynnikiem tarcia, duŜą odpornością na ścieranie, odpornością na kwasy znajdujące się w smarach. Najczęściej stosowanymi stopami łoŜyskowymi są: – stopy cynowe (stosowane w łoŜyskach samochodów, ciągników i innych łoŜyskach

mocno obciąŜonych), – stopy cynowo-ołowiowe, (uŜywane w łoŜyskach mniej obciąŜonych, np. w maszynach

rolniczych), – brązy cynowe (stosowane na odlewy panewek), – brązy ołowiowe (stosowane do łoŜysk pracujących pod duŜym obciąŜeniem).

Stopy tytanu Lekkie stopy, bardzo wytrzymałe optymalne do produkcji samolotów. Przeznaczenie:

powłoki silników rakietowych, części silników turbinowych, tarcze, pierścienie, łopatki, okucia lotnicze, naczynia ciśnieniowe.

Stopy kobaltu Zastosowanie: w medycynie do wykonania nietoksycznych implantów, odporne na

działanie kwasów organicznych, wykorzystywane w technice lotniczej i kosmicznej, materiały odporne na ścieranie, Ŝaroodporne i Ŝarowytrzymałe. Mają zastosowanie do budowy endoprotez stawowych.

Stopy cynku 50% światowej produkcji cynku przeznaczone jest na powłoki ochronne elementów ze

stali i Ŝeliwa, elementy głębokotłoczne w przemyśle samochodowym, sprzęt gospodarstwa domowego

Stopy ołowiu Ołów i jego stopy mają zastosowanie do produkcji elektrod akumulatorowych, płaszczy

kablowych i łoŜysk ślizgowych 4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie normy prawne regulują stosowanie materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z Ŝywnością?

2. Jakie właściwości fizyczne charakteryzują metale? 3. Jakie znasz właściwości mechaniczne metali? 4. Co to jest stal? 5. Jak klasyfikujemy stal pod względem przeznaczenia? 6. Czym róŜnią się stale stopowe od stali węglowych? 7. W jaki sposób oznacza się stale? 8. Co to jest Ŝeliwo? 9. Co to jest staliwo? 10. Jakie znasz metale nieŜelazne i ich stopy?


20

4.1.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Mając do dyspozycji stalowy pręt o przekroju kwadratowym (bok 20 mm) i długości 1,2 m, oblicz jego masę wiedząc, Ŝe gęstość stali wynosi 7850 kg/m3.

Sposób wykonania ćwiczenia Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 2) obliczyć objętość pręta, 3) obliczyć masę pręta.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

– materiały piśmiennicze, – literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 2

Odszukaj w Poradniku mechanika informację na temat twardości róŜnych metali. W jakich jednostkach jest ona określona? Czy moŜna zmienić twardość stali? W jaki sposób?


1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 2) przeanalizuj treść ćwiczenia, 3) korzystając z Poradnika ucznia i Poradnika mechanika odpowiedz na zadane pytania.


− materiały piśmiennicze, − literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 3

W Poradniku mechanika odszukaj w tabeli wyrobów hutniczych informacje charakteryzujące kątownik równoramienny o wymiarach 45x45x4. Na podstawie tych informacji oblicz masę konstrukcji do której budowy zuŜyto 12 m tego kątownika.


1) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 2) odszukać w Poradnika mechanika potrzebne informacje, 3) wykonać polecenie z ćwiczenia.


− materiały piśmiennicze, − literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.


21

Ćwiczenie 4 Rozpoznaj róŜne rodzaje próbek stalowych, wykonując próbę za pomocą szlifierki.


1) określić zasady bezpiecznej pracy, 2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 3) przeczytać odpowiedni fragment Poradnika, 4) przeprowadzić obserwację iskier podczas szlifowania róŜnych gatunków stali, 5) określić gatunki stali na podstawie iskier.


– stołowa szlifierka tarczowa, okulary ochronne, – próbki róŜnych gatunków stali, – literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 5

Rozpoznaj róŜne rodzaje stopów metali nieŜelaznych.


1) określić zasady bezpiecznej pracy, 2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 3) przeczytać odpowiedni fragment Poradnika, 4) określić rodzaje stopów nieŜelaznych, z jakiego zostały zrobione przedmioty.


– próbki róŜnych przedmiotów wykonanych ze stopów nieŜelaznych, – literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia. 4.1.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz:

Tak

Nie 1) sklasyfikować i rozróŜnić stopy Ŝelaza? � � 2) sklasyfikować i rozróŜnić metale nieŜelazne? � � 3) określić właściwości fizyczne metali? � � 4) określić właściwości mechaniczne metali? � � 5) określić właściwości metali nieŜelaznych? � � 6) określić zastosowanie róŜnych stopów nieŜelaznych? � �


22

4.2. Tworzywa sztuczne. Materiały kompozytowe 4.2.1. Materiał nauczania

Tworzywa sztuczne Tworzywa sztuczne są wielkocząsteczkowymi związkami organicznymi otrzymywanymi

przez chemiczną przeróbkę surowców pochodzenia naturalnego (roślinnego lub zwierzęcego) bądź teŜ metodą syntezy z produktów chemicznej przeróbki węgla, ropy naftowej lub gazu ziemnego. Są produkowane juŜ od przeszło 60 lat. Materiały oparte na polimerach syntetycznych, często zastępują tradycyjne materiały takie jak drewno, ceramika, metal, kauczuk naturalny. Tworzywa sztuczne mogą być półproduktami (np. Ŝywice poliestrowe) lub wyrobami gotowymi. W skład tworzyw sztucznych wchodzą oprócz polimerów takŜe plastyfikatory (zmiękczacze), wypełniacze (zmieniające właściwości mechaniczne) oraz substancje barwiące.

Uwzględniając właściwości tworzyw sztucznych moŜna je sklasyfikować jako: – duromery, czyli tworzywa twarde, trudnotopliwe, o wysokiej odporności mechanicznej,

słuŜące często jako materiały konstrukcyjne (tzw. sztuczne metale); niektóre duromery zastępują teŜ materiały ceramiczne,

– plastomery, tworzywa popularnie zwane termoplastami, mniej sztywne od duromerów, łatwotopliwe i zwykle rozpuszczalne. Dzięki ich topliwości moŜna je przetwarzać poprzez topienie i wtryskiwanie do form lub wytłaczanie. Pozwala to na uzyskiwanie nawet bardzo skomplikowanych kształtów. Stosowane są jako obudowy do maszyn i urządzeń, elementy wyposaŜenia domowego itp.

– elastomery to tworzywa, które moŜna rozciągać i ściskać, w wyniku czego zmieniają znacznie swój kształt. Po odjęciu siły elastomery wracają do swoich poprzednich wymiarów. Elastomery zastąpiły prawie całkowicie kauczuk naturalny. Ze względów ekologicznych trwają prace nad tworzywami sztucznymi, które

podlegałyby biologicznej degradacji, a produkowane by były na bazie roślinnej lub zwierzęcej.

Właściwości tworzyw sztucznych Tworzywa sztuczne cechują się:

− łatwością formowania elementów o skomplikowanych kształtach, bez dodatkowej obróbki,

− stosunkowo duŜą odpornością chemiczną, − dobrymi właściwościami mechanicznymi i bardzo dobrymi elektrycznymi, − niską gęstością, − moŜliwością łatwego otrzymywania wyrobów o estetycznym wyglądzie, − moŜliwością nadawania wyrobom róŜnych kolorów, − moŜliwością uzyskania wyrobów przezroczystych.

Tworzywa sztuczne mogą być stosowane w róŜnorodnej postaci, m.in. jako: tworzywa konstrukcyjne, materiały powłokowe, spoiwa, kleje, kity, włókna syntetyczne. Coraz częściej uŜywa się ich do wytwarzania części maszyn i urządzeń oraz przedmiotów powszechnego uŜytku. W porównaniu z właściwościami metali, tworzywa sztuczne posiadają niŜszą wytrzymałość mechaniczną i mniejszą twardość oraz stosunkowo niewielką odporność cieplną.


23

Skład tworzyw sztucznych Podstawowym składnikiem tworzyw sztucznych są wielkocząsteczkowe związki, które

mogą być pochodzenia syntetycznego lub naturalnego. Oprócz tego związku tworzywo sztuczne zawiera składniki dodatkowe, które nadają mu korzystne właściwości uŜytkowe.

Dodatkowymi składnikami znajdującymi się w tworzywach sztucznych są: − Barwniki (naturalne lub syntetyczne), uŜywane do barwienia róŜnorodnych materiałów

(tkanin, papieru, skór, drewna, tworzyw sztucznych, Ŝywności, kosmetyków). − Pigmenty – substancje barwne, które w stanie rozdrobnienia są stosowane do wyrobu farb

oraz barwienia tworzyw sztucznych, a takŜe włókien syntetycznych, wyrobów ceramicznych, gumy, papieru. Pigmenty nieorganiczne (mineralne) dzieli się na naturalne (farby ziemne) i sztuczne (sole i tlenki metali otrzymywane sztucznie). Do pigmentów nieorganicznych zalicza się takŜe pigmenty otrzymywane z metali nieŜelaznych np. glinu, miedzi i ich stopów. Pigmenty organiczne, równieŜ dzieli się na naturalne i syntetyczne. Naturalne występują w organizmach Ŝywych np. chlorofil, hemina, sepia, indygo. Niekiedy pigmenty oprócz właściwości barwienia substancji, wykazują takŜe inne cechy: świecenie (luminofory) lub zmianę barwy wraz ze zmiana temperatury (pigmenty termoczułe). Mają wówczas zastosowanie do produkcji farb świecących i termometrycznych.

− Stabilizatory, są to substancje chemiczne zapobiegające (lub opóźniające) samorzutne i niekorzystne przemiany chemiczne innych substancji, takich jak: artykuły spoŜywcze, leki, polimery, zawiesiny i emulsje, do których dodawane są w niewielkich ilościach. Stabilizatory osłabiają działanie czynników termicznych, hydrolitycznych, biologicznych i świetlnych.

− Napełniacze, wypełniacze, obciąŜniki są to substancje wprowadzane do tworzyw sztucznych, mieszanek gumowych, farb i innych w celu poprawy ich własności mechanicznych, elektroizolacyjnych i przeciwpoŜarowych oraz obniŜenia ich ceny. Najczęściej stosowane napełniacze to: mączka drzewna i kamienna, ziemia okrzemkowa, pył metalowy, sadze, grafit, ścinki, włókna, tkaniny szklane, azbest, miki a takŜe pigmenty.

− Zmiękczacze, plastyfikatory to najczęściej oleiste ciecze o małej lotności lub ciała stałe, które mieszają się homogenicznie z polimerem, nie wchodząc z nim w reakcję. Dodatek zmiękczaczy do polimerów powoduje obniŜenie temperatury kruchości i mięknienia oraz podwyŜszenie odkształcalności i spręŜystości. Ułatwione zostaje takŜe przetwórstwo polimeru. Zmiękczacze powinny być stabilne chemicznie, nietoksyczne oraz nie pogarszać właściwości. Ze względu na pochodzenie zmiękczacze dzieli się na: naturalne (olej słonecznikowy) oraz syntetyczne (estry, ketony itp.).

Rodzaje tworzyw sztucznych Polimery moŜna otrzymywać w trzech róŜnych procesach chemicznych:

– przez polimeryzację, gdy z wielu pojedynczych cząstek (monomerów), tworzą się zespoły tych cząstek (polimery); gdy w reakcji bierze udział więcej związków wówczas powstaje kopolimer (przykłady tworzyw: polietylen, polipropylen, polistyren, kopolimery winylu PCW, Ŝywice akrylowe)

– polikondensacja przebiega podobnie do polimeryzacji z tym, Ŝe w czasie jej przebiegu wydzielają się produkty uboczne (woda, chlorowodór, alkohol), (przykłady tworzyw: fenoplasty, aminoplasty, silikony, poliestry nasycone i nienasycone),

– poliaddycja to reakcja wiązania monomerów w związki wielkocząsteczkowe bez wydzielania produktów ubocznych (przykłady tworzyw: poliuretany),


24

Podstawą klasyfikacji tworzyw sztucznych jest ich zachowanie się pod wpływem ciepła. Dzieli się je na: – tworzywa termoplastyczne (termoplasty) po powtórnym nagrzaniu miękną i poddają się

formowaniu, czyli staja się plastyczne; takie tworzywa moŜna kilkukrotnie przerabiać; są wodoodporne i odporne na udar, dają się łatwo spawać,

– tworzywa termoutwardzalne pod wpływem wysokiej temperatury stają się plastyczne, po czym twardnieją w sposób nieodwracalny; są mało ścieralne, mniej kruche.

Rys. 9. Przykłady elementów wykonanych z tworzyw sztucznych [www.plastem.pl]

Przykłady tworzyw sztucznych Poliamidy (PA) to związki wielocząsteczkowe, które zawierają w makrocząsteczce

ugrupowania amidowe. Poliamidy zaliczane są do typowych polimerów krystalicznych. Cechuje je dobra wytrzymałość na rozciąganie, wysoki moduł spręŜystości, twardość, odporność na ścieranie itp. Poliamidy wytwarza się z pochodnych węgla, gazu ziemnego lub ropy naftowej. Poliamidy w najróŜniejszych postaciach znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Niełamliwe artykuły codziennego uŜytku, artykuły techniczne, którym stawiane są wysokie wymagania wytrzymałościowe, włókna, lekkie tkaniny stanowią najbardziej wyróŜniający się zakres zastosowań tych polimerów. Wyroby z poliamidu są twarde i elastyczne, niewraŜliwe na uderzenia, posiadają duŜą odporność chemiczną, mogą pracować bez smarowania,. Z poliamidu wykonuje się tuleje łoŜyskowe, koła zębate, pokrywy, korpusy, podkładki, kordy do opon, obicia tapicerskie, pasy bezpieczeństwa itp.

Poliuretany (PUR lub PU) to polimery termoplastyczne, a ich własności zbliŜone są do poliamidów. W odróŜnieniu jednak od poliamidów nie chłoną wody, mają bardzo dobre własności dielektyczne. Znajdują odpowiednio szerokie i róŜnorodne zastosowanie. Przykładowo moŜna z nich wytwarzać włókna odzieŜowe, oploty przewodów, folie do wyrobu worków, kształtki, lakiery do izolacji przewodów i malowania podłóg, kleje do róŜnych materiałów, między innymi do metali lekkich i stali, rodzaj miękkiej gumy na membrany, opony, podeszwy do butów.

Polichlorek winylu (PCW) to tworzywo niepalne, niewraŜliwe na wilgoć, odporne na czynniki chemiczne. Występuje pod wieloma nazwami handlowymi: winidur, igielit, winoplast. W temperaturze pokojowej polichlorek winylu jest twardy, mało spręŜysty, a przy obniŜeniu temperatury staje się kruchy. Twardy polichlorek winylu, z uwagi na jego duŜą odporność chemiczną, znajduje zastosowanie przede wszystkim do produkcji rur i wykładzin,


25

zbiorników na naczynia, na oleje i tłuszcze. MoŜe być równieŜ wykorzystywany na płyty gramofonowe. Daje się łatwo kleić i spawać, jest w zasadzie niepalny. Jest odporny na działanie kwasów, zasad, benzyny. Polichlorek winylu miękki stosuje się do wyrobu folii, giętkich węŜy do wody, powłok antykorozyjnych, wykładzin podłogowych oraz róŜnych przedmiotów codziennego uŜytku.

Polietylen (PE) znany jest juŜ od 1937 roku i w technice dość rozpowszechniony. Jest substancją białą, konsystencji proszku lub granulatu, przypominającą w dotyku parafinę. Powstaje w procesie polimeryzacji etylenu. Powierzchnia tworzywa daje się łatwo zarysować, lecz jest w odróŜnieniu od parafiny zwarta. Jest tworzywem o doskonałych własnościach dielektrycznych i duŜej odporności na działanie kwasów, zasad, soli i większości związków organicznych. W węglowodorach alifatycznych, aromatycznych i chlorowcopochodnych, polietylen pęcznieje, czemu towarzyszy pogorszenie jego własności fizycznych. Ponadto przewody (rury, kable) z polietylenu, ułoŜone w ziemi, mogą ulegać zniszczeniu, określanemu potocznie przez analogię do metali – korozją. Polietylen znajduje zastosowanie w produkcji folii i innych opakowań, do wyrobu rur nadających się zarówno do wody pitnej, jak i do ścieków, jako powłoki kablowe oraz do wyrobu elementów gospodarstwa domowego, za wyjątkiem pojemników lub opakowań do mleka i tłuszczów zwierzęcych. Polietylen przetwarza się metodą wtrysku i wytłaczania. Zaletami są odporność na czynniki chemiczne, dobre własności dielektryczne, łatwo się barwi. Do wad zalicza się małą płynność, szybkie starzenie się.

Rys. 10. Kraty pomostowe wykonane z polipropylenu [www.amargo.pl] Polipropylen (PP) jest tworzywem częściowo krystalicznym o własnościach zbliŜonych

do polietylenu. Otrzymuje się go na skalę przemysłową przez niskociśnieniową polimeryzację propylenu wobec katalizatora. Polipropylen charakteryzuję się małą ścieralnością i dobrymi własnościami dielektrycznymi. MoŜe być stosowany w temperaturach od 35 do 130ºC. Jest gładki w dotyku, ma większa odporność powierzchni na zarysowania i uszkodzenia, nie ulega korozji napręŜeniowej, ma mniejszą gęstość, większą wytrzymałość na rozciąganie i większą odporność termiczną. Jako wady polipropylenu naleŜałoby wymienić stosunkowo duŜą kruchość w temperaturach poniŜej 0ºC i większą niŜ polietylen wraŜliwość na działanie tlenu. Polipropylen znalazł szerokie zastosowanie w przemyśle do wyrobu róŜnych elementów maszyn poddawanych większym obciąŜeniom (wałki drukarskie, koła zębate), naczynia i elementy do sterylizacji wrzeniem oraz wyroby wymagające łączenia i współpracy z elementami metalowymi.

Polistyren (PS) jest odporny na wodę, ale posiada niską odporność na ciepło jest łatwopalny, co eliminuje go jako materiał konstrukcyjny. Otrzymuje się go na drodze polimeryzacji styrenu w podwyŜszonej temperaturze. W normalnej temperaturze pokojowej jest to tworzywo twarde i kruche, bez zapachu, bez smaku, fizjologicznie obojętne. Polistyren


26

otrzymuje się z etylenu i benzenu. Jest materiałem stosunkowo lekkim o duŜej stałości wymiarów, co umoŜliwia stosowanie go w precyzyjnej aparaturze pomiarowej. Cechuje się małą nasiąkliwością wody, dobrymi własnościami dielektrycznymi, niezmiennymi w szerokim zakresie częstotliwości, a takŜe duŜą odpornością na działanie większości cieczy, nawet silnie korodujących. Nie odporny jest natomiast na działanie rozpuszczalników organicznych. Pod wpływem światła słonecznego polistyren Ŝółknie i staje się bardzo kruchy. Jest jednym z najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych, poniewaŜ obok własności mechanicznych i fizycznych, cechuje go łatwość formowania i niska cena. SłuŜy do wyrobu galanterii technicznej, obudowy róŜnych urządzeń mechanicznych i wykładzin, a jako tworzywo parowate (styropian) – do opakowań i płyt termoizolacyjnych. Stosowany jest równieŜ w przemyśle elektrotechnicznych i radiotechnicznym. śywice poliestrowe po zmieszaniu ze styrenem tworzą Ŝywice utwardzalne na zimno.

Polioctan winylu (PVAC) otrzymuje się z acetylenu, ropy naftowej i gazu ziemnego. ZaleŜnie od stopnia polimeryzacji, polimery te otrzymuje się jako substancje oleiste, miękkie, kleiste lub twarde Ŝywice. Do róŜnych celów miesza się je i stosuje w postaci roztworów, mieszanek do powlekania, jak równieŜ w postaci perełek w róŜnych gałęziach przemysłu (przemysł farb, lakierów, tekstylny, papierniczy i klejów).

Poliwęglany otrzymuje się je z trującego fosgenu i dianu. Są one tworzywami termoplastycznymi o bardzo wysokiej temperaturze mięknięcia (około 170ºC). Z powodu bardzo słabej zdolności do krystalizacji polimeru, czyste produkty z poliwęglanu są bezbarwne i przejrzyste. Polimer moŜe być przetwarzany z roztworu jak równieŜ, biorąc pod uwagę jego termoplastyczny charakter, na zwykłych maszynach stosowanych do przerobu tworzyw sztucznych. Z poliwęglanów moŜna produkować włókna, folie, rury, wyrobu drąŜone i inne. Uwzględniając duŜą odporność na ciepło, jak równieŜ bardzo dobre własności mechaniczne i dielektyczne, stosuje się poliwęglany w przemyśle elektronicznym, w medycynie i do produkcji maszyn i urządzeń, którym stawiane są duŜe wymagania techniczne, jak równieŜ na przedmioty codziennego uŜytku.

Octan celulozy otrzymuje się go z celulozy przez modyfikację mieszaniną kwasu octowego i bezwodnika octowego. Bardzo dobrze chłonie wodę. Tworzywo to znajduje zastosowanie w przemyśle fotograficznym (niepalne błony filmowe), na opakowania, w przemyśle maszynowym i narzędziowym, odzieŜowym i lakierniczym.

Azotan celulozy (celuloid) otrzymuje się przez estryfikację celulozy kwasem azotowym w obecności kwasu siarkowego. Tworzywo to, które daje się szczególnie dobrze barwić i przerabiać, pomimo jego palności, znajduje szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Azotan celulozy stosowany jest na róŜne wykładziny (np. w przemyśle instrumentów muzycznych), jak równieŜ do produkcji zabawek i przedmiotów codziennego uŜytku, artykułów technicznych i innych. Tworzywo to znajduje równieŜ zastosowanie w przemyśle lakierniczym.

Poliizobutylen w zaleŜności od stopnia polimeryzacji róŜnych postaci poliizobutylenu własności jego mogą być róŜne i obejmują materiały od lepkiego oleju do produktów o własnościach podobnych do twardej gumy. Jako materiał konstrukcyjny tworzywo to nie moŜe znaleźć zastosowania ze względu na to, Ŝe nawet nie jest jeszcze materiałem twardym. Niskocząsteczkowe materiały tego typu znajdują zastosowanie jako materiały uszlachetniające, smary, kleje, folie, płyty i węŜe z poliizobutylenu stosowane są w przemyśle chemicznym, w budownictwie, w elektrotechnice, w przemyśle spoŜywczym, często teŜ jako okładziny i wykładziny.

Tworzywa akrylowe (PMM) słuŜą do produkcji sztucznego szkła organicznego (pleksiglasu)

śywice epoksydowe znajdują zastosowanie jako kleje. Łącznie ze szkieletem z tkaniny szklanej słuŜą m.in. do wykonywania róŜnorodnych zbiorników, łodzi, itp.


27

Kompozyty Kompozytem nazywamy tworzywo powstałe przez połączenie dwóch lub więcej

materiałów, z których jeden jest wiąŜącym, a inne spełniają rolę wzmacniającą i są wprowadzane w postaci ziarnistej, włóknistej lub warstwowej. W wyniku tego uzyskuje się kombinację własności (najczęściej chodzi tu o własności mechaniczne) niemoŜliwą do osiągnięcia w materiałach wyjściowych. Większość dostępnych obecnie kompozytów jest oparta na zastosowaniu polimerów osnowy epoksydowej lub poliestrowej, w której znajdują się wzmacniające materiał włókno szklane, węglowe lub z Kevlaru. Do najbardziej znanych kompozytów naleŜą Ŝelazobeton, eternit, szkło zbrojone siatką metalową, węgliki spiekane, włókna szklane, węglowe, kevlar (z którego przędzie się włókna o bardzo wysokiej odporności mechanicznej na rozciąganie) i inne. Kompozyty pozwalają na otrzymywanie lekkich, mocnych i elastycznych konstrukcji. Kompozyty mimo tego Ŝe są lekkie, są bardzo wytrzymałe, mogą być teŜ odporne na obciąŜenia udarowe. Ze względu na mięknięcie polimeru kompozyty z osnową polimerową nie mogą być stosowane w temperaturach przekraczających 250°C. Tabela. 2 Właściwości włókien kompozytowych [17]

Osnowa w kompozycie spełnia następujące zadania: − zlepia zbrojenie − umoŜliwia przenoszenie napręŜeń na włókna − decyduje o właściwościach chemicznych i cieplnych kompozytu − nadaje Ŝądany kształt wyrobom − dobrze wiąŜe się ze zbrojeniem.

Zbrojenie moŜe mieć postać proszku lub włókien. Dodawane jest do kompozytu w duŜej ilości. Oddziałuje ono zazwyczaj tylko fizycznie na osnowę.

Zadania zbrojenia to: − poprawia określone właściwości mechaniczne i/lub uŜytkowe wyrobu, − niekiedy zmniejsza koszt wsadu surowcowego (dotyczy to napełniaczy proszkowych).

Kompozyty są drogie, a technologie wytwarzania kompozytów i elementów z nich wykonanych są bardzo skomplikowane. Kompozyty nie są rozciągliwe.

Ze względu na rodzaj zbrojenia wyróŜniamy kompozyty: − włókniste − proszkowe − porowate ciała stałe lub pianki.


28

Kompozyty umacniane włóknami moŜna podzielić na umacniane włóknami ciągłymi i krótkimi (ciętymi), a w zaleŜności od kierunku ułoŜenia włókien mogą być kompozyty umacniane włóknami równoległymi, nierównoległymi, matami, tkaninami, plecionkami itp. Odrębnym rodzajem kompozytu jest laminat, czyli kompozyt warstwowy, umacniany warstwami papieru, drewna, tkanin, podczas gdy osnowę stanowi Ŝywica syntetyczna. Są teŜ stosowane laminaty typu „plaster miodu” lub kompozyty warstwowe o osnowie metalowej. Kompozyty moŜna dzielić według rodzaju materiału włókien (metalowe, ceramiczne węglowe, polimerowe) lub osnowy (metal, ceramika, węgiel, tworzywa sztuczne).

Węgliki spiekane Węgliki spiekane metali, zwane takŜe spiekami, są sprasowanymi pod duŜym ciśnieniem

proszkami metalurgicznymi, w następnej kolejności spieczone w piecach w temperaturze ok. 1400°C. Wykorzystuje się proszki węglika wolframu, tytanu, tantalu i wanadu. Odznaczają się bardzo wysoką twardością zbliŜoną do twardości diamentu, nawet w bardzo wysokich temperaturach. Węgliki uŜywane są w produkcji narzędzi do obróbki skrawaniem, gdzie przybierają postać płytek stanowiących nakładki na ostrza noŜy tokarskich, frezów itp. 4.2.2. Pytania sprawdzające


1. Co to są tworzywa sztuczne? 2. Jak klasyfikuje się tworzywa sztuczne? 3. Jakie cechy posiadają tworzywa sztuczne? 4. Z jakich składników produkuje się tworzywa sztuczne? 5. Jakie znasz rodzaje tworzyw sztucznych? Podaj przykłady. 6. Jakimi zaletami cechują się wyroby wykonane z tworzyw sztucznych, w porównaniu

z wyrobami wykonanymi z metalu czy drewna? 7. Jaki materiał nazywa się kompozytem? 8. Jakie znasz materiały kompozytowe? 4.2.3. Ćwiczenia Ćwiczenie 1

Rozpoznaj róŜne rodzaje elementów maszyn i opakowań, wykonanych z tworzyw sztucznych.


1) określić zasady bezpiecznej pracy, 2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 3) przeczytać odpowiedni fragment Poradnika, 4) rozpoznać rodzaje tworzyw sztucznych.


– próbki róŜnych rodzajów tworzyw, – komputer z dostępem do Internetu, – literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.


29

Ćwiczenie 2 Korzystając z dostępu do Internetu, odszukaj przykłady symboli przy pomocy których

oznacza się róŜne rodzaje tworzyw sztucznych. Odpowiedz na pytanie, w jakim celu stosuje się nanoszenie tej symboliki na wyroby z tworzyw sztucznych?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie powinieneś: 1) określić zasady bezpiecznej pracy, 2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 3) wyszukać Ŝądane informacje w Internecie, 4) wypełnić niŜej zamieszczoną tabelę.

Lp Nazwa chemiczna tworzywa sztucznego

Nazwa handlowa tworzywa sztucznego

Symbol literowy

Symbol graficzny

1 2 3


− komputer z dostępem do Internetu, − materiały piśmiennicze, − literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia. Ćwiczenie 3

Analizując właściwości poszczególnych tworzyw sztucznych określ, które z nich najlepiej nadają się do wykonania następujących elementów: – korpus maszyny, – zbiornik na wodę, – panew łoŜyska ślizgowego, – wypełniacz pustych przestrzeni w opakowaniach, – rękojeść dźwigni regulacyjnej, – pojemniki przechowywane w niskich temperaturach.


1) określić zasady bezpiecznej pracy, 2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 3) poznać właściwości tworzyw sztucznych, 4) dobrać odpowiednie tworzywa do poszczególnych zastosowań.


− komputer z dostępem do Internetu, − materiały piśmiennicze, − literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.


30

Ćwiczenie 4 Rozpoznaj róŜne próbki tworzyw sztucznych. Do tego celu wykorzystaj niŜej

zamieszczoną tabelę.

Tabela 2. Informacje słuŜące do klasyfikacji tworzyw sztucznych na podstawie ich wyglądu i właściwości [www.chem.uw.edu.pl]


31


1) określić zasady bezpiecznej pracy, 2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 3) przeczytać odpowiedni fragment Poradnika ucznia, 4) przeanalizować charakterystyczne cechy tworzyw sztucznych.


– próbki róŜnych rodzajów tworzyw, – komputer z dostępem do Internetu, – Poradnik ucznia, – materiały piśmiennicze, – literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.


32

Ćwiczenie 5 Przeanalizuj, jakimi związkami chemicznymi musiałbyś dysponować, aby przy ich

pomocy rozpoznać tworzywa oznaczone PA, PUR, PE, PS, PP. Do tego celu wykorzystaj niŜej zamieszczoną tabelę. Tabela. 3. Informacje słuŜące do klasyfikacji tworzyw sztucznych na podstawie ich reakcji w związkach

chemicznych


1) określić zasady bezpiecznej pracy, 2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 3) przeczytać odpowiedni fragment Poradnika, 4) przeanalizować charakterystyczne cechy tworzyw sztucznych.


33

WyposaŜenie stanowiska pracy: – próbki róŜnych rodzajów tworzyw, – materiały piśmiennicze, – komputer z dostępem do Internetu, – literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia. 4.2.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz:

Tak

Nie 1) rozróŜnić i klasyfikować tworzywa sztuczne? � � 2) rozpoznać róŜne tworzywa sztuczne? � � 3) wymienić składniki słuŜące do produkcji tworzyw sztucznych? � � 4) dobrać tworzywa sztuczne do róŜnych zastosowań? � � 5) określić zakres zastosowań materiałów z tworzyw sztucznych? � � 6) określić zakres zastosowań materiałów kompozytowych? � �


34

4.3. Materiały ceramiczne i ogniotrwałe. Drewno 4.3.1. Materiał nauczania

Materiały ceramiczne Tworzywami ceramicznymi nazywa się takie związki, które odznaczają się wysoką

twardością, wysoką temperaturą topnienia, kruchością, zdolnością spiekania się i zdolnością odbijania światła po wypolerowaniu w stanie spieczonym. Są to nieorganiczne związki metali z tlenem, azotem, węglem, borem i innymi pierwiastkami. Po uformowaniu materiały ceramiczne wygrzewane są w wysokich temperaturach (są spiekane).

Materiały ceramiczne wytwarza się z masy ceramicznej w skład, której wchodzą: − materiały plastyczne (gliny, kaoliny) ułatwiające formowanie, − materiały schudzające (piasek, mielony kwarc, szamot) zmniejszające plastyczność glin

tłustych, a przez to zmniejszenie ich kurczliwości podczas suszenia i wypalania, − topniki, które ułatwiają proces wiązania cząstek, poprzez obniŜenie temperatury

spiekania i topnienia masy ceramicznej. Surowce do produkcji ceramiki moŜna podzielić na:

− podstawowe (substancje o duŜej zawartości czystego węgla np.: grafit naturalny, sadza, węgiel drzewny)

− wiąŜące (mają za zadanie związanie mieszaniny drobno zmielonych cząstek) − dodatkowe (stosuje się je w celu nadania wyrobom specjalnych wartości)

Ceramikę moŜna podzielić na: − ceramikę budowlaną – wyroby te muszą być odporne na ściskanie, zginanie, działania

mrozu − wyroby ceramiczne ogniotrwałe – wyroby te musza odznaczać się zdolnością

przeciwstawiania się działaniu wysokich temperatur ich pracy.

Wytwarzanie wyrobów ceramicznych Proces technologiczny wytwarzanie materiałów ceramicznych składa się z następujących

faz: − przeróbka surowców, − przygotowanie mas, − formowanie, − suszenie, − wypalanie, − szkliwienie, − sortowanie i szlifowanie, − zdobienie (ewentualnie).

Właściwości wyrobów ceramicznych Wyroby ceramiczne cechują się następującymi właściwościami:

− duŜą twardością, − kruchością, − duŜą odpornością cieplną, − ogniotrwałością, − duŜą odpornością na korozję, − duŜą wytrzymałością mechaniczną, − dobrą izolacyjnością, − niską przewodnością cieplną.


35

Rys. 11. Przykłady wyrobów z ceramiki technicznej [www.etipolam.com.pl]

Wyroby ceramiczne W zaleŜności od przeznaczenia i zastosowania rozróŜnia się:

− ceramiczne wyroby budowlane (cegły, dachówki, sączki, rury kanalizacyjne, wykładziny kominowe, klinkierowe itp.)

− ceramiczne wyroby stołowe (talerze półmiski) − ceramiczne wyroby techniczne (izolatory, naczynie kwasoodporne i in.) − ceramiczne wyroby specjalne (spieki ceramiczne, cermetale)

Wyroby ogniotrwałe Wyrobami ogniotrwałymi nazywa się takie materiały ceramiczne, których ogniotrwałość

zwykła jest równa lub wyŜsza od 1580°C. Wyroby o ogniotrwałości wysokiej są wytrzymałe na temperaturę powyŜej 1770°C. Materiały ogniotrwałe słuŜą do budowy i wykładania wnętrz pieców przemysłowych, palenisk, i kanałów, wszędzie tam, gdzie panują wysokie temperatury. WyróŜnia się wyroby szamotowe, krzemionkowe, magnezytowe, chromitowe i chromomagnezytowe, dolomitowe, talkowe, mulitowe, karborundowe.

Przykłady wyrobów ceramicznych − cegły z masy szamotowej na okładziny ognioodporne (równieŜ do wielkiego pieca i kadzi

odlewniczych) – sprasowane drobinki materiału ceramicznego wypalone w piecu z wysoką temperaturą, kolor piaskowy,

− płytki ceramiczne z zewnątrz gładkie (glazura), mogą być barwione w róŜny sposób, wykonywane w róŜnych wielkościach,

− osełki – przeznaczone do ostrzenia noŜy, posiadają gładką, twardą powierzchnię, − klinkier – materiał budowlany o gładkiej powierzchni i przekroju zawierającym czarny

pasek – grafit, − karit – odznacza się wysoką odpornością na działanie kwasów i alkoholów oraz bardzo

dobrą przewodnością cieplną. Posiada chropowatą powierzchnię składającą się z drobnych granulek, jest bardzo twardy,

− elektrokorut biały – powierzchnia chropowata, składająca się z małych drobinek przypominających ziarenka soli, wysoka twardość, posiada własności skrawania, ostrzy się go diamentem,

− fajans – posiada porowaty czerp barwy kremowej i całkowicie nieprzeświecalny. Jest on mniej twardy niŜ porcelana i lŜejszy. Wydaje głuchy dźwięk, po pewnym czasie tworzy


36

się na nim drobna siateczka pękań. Ma duŜą nasiąkliwość i małą wytrzymałość mechaniczną. Jest najsłabszym materiałem ceramicznym,

− kamionka – naleŜy do wyrobów ceramicznych o skorupie zeszkliwionej jednak nie przeświecającej. Kamionka bywa biała, szara lub brązowa w zaleŜności od uŜytych surowców, najczęściej wyrabiana z glin ogniotrwałych z dodatkiem kaolinu i skalenia. Jest wypalana tylko raz, razem ze szkliwem w temperaturze 1200–1300 C Jest twarda, gładka, odporna na działanie kwasów. Ma zastosowanie w przemyśle chemicznym. Z kamionki wyrabia się naczynia i okładziny kwasoodporne, przewody do cieczy i gorących gazów, zlewy itp.,

− porcelana – wyrabiana z glinki porcelanowej i topników, jest szklista i biała. Posiada twarde szkliwo mocno stopione. Wydaje czysty, metaliczny dźwięk, posiada duŜą odporność na wysoką temperaturę i duŜa kwasoodporność, jest twardsza od stali. Z porcelany wyrabia się róŜnego rodzaju zastawy stołowe, filiŜanki itp.

Kompozyty ceramiczne: Dobrą sztywność i twardość ceramiki moŜna czasami połączyć z odpornością na

obciąŜenia dynamiczne polimerów czy metali, przez wytworzenie kompozytu. Przykładem mogą być tworzywa sztuczne wzmocnione włóknami szklanymi lub węglowymi. Włókna szklane lub węglowe usztywniają dość miękki polimer. JeŜeli włókno pęknie, pękniecie rozprzestrzeni się w miękkim polimerze, ulega w nim zahamowaniu, nie uszkadzając reszty przekroju. Innym przykładem jest cermetal. Cząstki twardego węglika wolframu są powiązane metalicznym kobaltem, tak jak Ŝwir spojony smołą daje odporną na ścieranie nawierzchnie jezdną. Kość jest naturalnym kompozytem ceramicznym – cząstki hydroksyapatytu (ceramiki) są spojone kolagenem (polimer).

Składniki kompozytu ceramicznego − GFRP (kompozyt polimerowy wzmocniony włóknami polimerowymi) szkło – polimer

(konstrukcje wymagające materiałów o szczególnych właściwościach − CFPR (kompozyt polimerowy wzmocniony włóknami węglowymi) węgiel – polimer

(konstrukcje wymagające materiałów o szczególnych właściwościach) − CERMETAL WC – stosuje się w urządzeniach skrawających oraz do obróbki plastycznej

Zastosowanie kompozytów: − sprzęt gospodarstwa domowego (odporność temperaturowa, stabilność wymiarów,

izolacyjność) − budownictwo (mała masa, łatwość montaŜu, odporność korozyjna, nie wymagają

konserwacji, łatwe w utrzymaniu) − lotnictwo (mała masa, wytrzymałość mechaniczna, sztywność)

Szkło Szkło nie ma określonej budowy, jest ciałem stałym o postaci amorficznej

(bezpostaciowej). Tworzą go związki szkłotwórcze (tlenki krzemu i boru) i związki modyfikujące. NajwaŜniejszą właściwością szkła jest jego przezroczystość. Szkło ma bardzo słabe przewodnictwo elektryczne, zaliczane jest do izolatorów. Przewodność cieplna szkła jest o kilka rzędów wielkości mniejsza od przewodności ceramiki krystalicznej. Właściwości mechaniczne szkła poddanego obciąŜeniom szybko wzrastającym są podobne do właściwości ciał stałych.


37

Podział szkła: − szkło budowlane (płaskie ciągnione, walcowane, piankowe, kształtki budowlane), − szkło do opakowań szklanych (na artykuły spoŜywcze, leki, kosmetyki, artykuły

chemiczne) − szkło gospodarcze i oświetleniowe (naczynia stołowe, kryształowe, wyroby

oświetleniowe) − szkło techniczne (dla optyki, do sprzętu laboratoryjnego, włókna szklane, kwarcowe,

pręty szklane rurki, światłowody).

Budowa drewna Drewno to surowiec otrzymany ze ściętych drzew i formowany przez obróbkę w róŜnego

rodzaju sortymenty. Budowę drewna najlepiej moŜna zaobserwować na przekroju poprzecznym. MoŜna wówczas odróŜnić rdzeń, drewno właściwe, miazgę, łyko i korę. Ilość słojów rocznych w części odziomkowej pnia wskazuje na wiek drzewa. Pod względem chemicznym drewno składa się głównie z węgla, wodoru i tlenu, bardzo niewielkiej ilości azotu i wreszcie z substancji mineralnych złoŜonych przewaŜnie z róŜnych soli. W drewnie występuje ok. 50% węgla, 43% tlenu, 6,1% wodoru, 0,04–0,26% azotu i 0,3–1,2% składników mineralnych.

Właściwości drewna Do cech fizycznych drewna zalicza się: barwę, połysk, usłojenie, zapach, cięŜar

właściwy, wilgotność, przewodnictwo głosu, ciepła i elektryczności. Do waŜniejszych własności mechanicznych drewna naleŜy wytrzymałość na: rozciąganie, ściskanie, zginanie, skręcanie, łupliwość, twardość, ścieralność, utrzymywanie gwoździ i wkrętów, spręŜystość, udarność i wytrzymałość na giętkość, ścinanie. Własności chemiczne drewna wynikają z jego składu chemicznego. Ze składem chemicznym wiąŜe się teŜ wartość opałowa drewna. Obecnie ze względu na deficyt drewna stosowanie go na cele opałowe jest bardzo ograniczone.

Drewno z krajowych drzew Sosna zwyczajna ma drewno łatwo łupliwe, łatwe do obróbki, mało elastyczne, średnio

kurczliwe, łatwo się barwi, lecz źle poleruje. Przed zniszczeniem przy ściskaniu i zginaniu trzeszczy (ma własności ostrzegawcze). Drewno sosny jest trwałe. W stanie suchym (w budynku) trwałość jego sięga 1000 lat, w stanie mokrym (w wodzie) 500 lat. Tarcica sosnowa ma szerokie zastosowanie w budownictwie, stolarstwie, produkcji opakowań.

Świerk pospolity ma drewno miękkie, łatwo łupliwe. Obróbkę skrawaniem utrudniają liczne twarde sęki. Drewno świerkowe suszy się dość szybko, lecz łatwo pęka, kurczliwość ma niezbyt duŜą, łatwo się barwi, lecz źle poleruje, nasycalność i przesiąkliwość ma ograniczoną.

Trwałość jego w stanie surowym (w budynku) dochodzi nawet do 900 lat. Jodła ma drewno miękkie, bardzo łatwo łupliwe, łatwo zapalne, o małej kurczliwości,

suszy się łatwo, lecz wykazuje skłonności do paczenia się. Obróbka skrawaniem jest łatwa, natomiast piłowanie wilgotnego drewna natrafia na trudności wskutek włóknistej powierzchni. Drewno jodły dobrze się barwi, lecz źle poleruje i źle polituruje; nasycalność wykazuje średnią.

Trwałość drewna jodły w stanie suchym (w budynku) dochodzi do 900 lat. Modrzew ma drewno dość twarde, łatwo łupliwe, dość trudno zapalne. Nie wykazuje ono

skłonności do pękania przy wysychaniu ani do paczenia się, suszy się dobrze kurczliwość ma małą. Drewno świeŜe jest trudne do obróbki ze względu na wyciekającą, gęstą Ŝywicę, natomiast suche daje się obrabiać.

Dąb ma drewno dębu jest na ogół prosto włókniste, dosyć cięŜkie, łatwo łupliwe, trudno zapalne. Kurczliwość jego jest średnia; łatwo daje się obrabiać skrawaniem i gięciem; nadaje


38

się równieŜ do robót snycerskich. Poleruje się je trudno, natomiast barwi i klei dobrze. Drewno dębu jest trudne w suszeniu. Trwałość twardzieli dębu w stanie suchym (w budynku) sięga do 800 lat. Tarcica dębowa ma zastosowanie w meblarstwie, szkutnictwie produkcji wagonów kolejowych, w stolarce budowlanej, do wyrobu parkietów.

Buk ma drewno średnio cięŜkie, twarde, łupliwe. DuŜa i bardzo nierównomierna jego kurczliwość jest przyczyną wyjątkowej skłonności do pęknięć. Drewno buka daje się dobrze barwić, lakierować i polerować oraz impregnować. Wykazuje on własności ostrzegawcze, lecz w stopniu daleko słabszym niŜ sosna. Drewno to jest łatwe w obróbce skrawaniem i szczególnie dobrze nadaje się do obróbki gięciem po parzeniu. Parzenie zmniejsza równieŜ jego skłonność do paczenia się, nadaje jednolitą, czerwonawą barwę i zwiększa odporność na rozkład przez grzyby.

Jesion ma drewno twarde, średnio cięŜkie, trudno łupliwe, giętkie. Kurczliwość jego oraz skłonność do paczenia się i pęknięć jest niewielka. NaleŜy ono do trudno zapalnych. Drewno jesionu jest łatwe w obróbce skrawaniem i gięciem. Drewno wąskosłoiste, miększe, ma zastosowanie w stolarstwie, natomiast szerokosłoiste, twardsze — konstrukcyjne. Drewno jesionu źle się barwi i impregnuje, natomiast dobrze poleruje i polituruje. Z drewna jesionu wyrabia się tarcicę stolarską, półwyroby meblowe, róŜne pojazdy, deszczułki posadzkowe, poręcze, listwy, okleiny, meble, sprzęt sportowy, galanterię drzewną, uchwyty do narzędzi itp.

Grab ma drewno bardzo twarde, bardzo trudno łupliwe, trudno zapalne, wykazuje duŜą kurczliwość. Drewno to jest trudne w obróbce skrawaniem (łatwo wyłupuje się). Daje się ono dobrze barwić, polerować, politurować, impregnuje się natomiast słabo. Drewno świeŜe jest bardzo mało trwałe i trudne do składowania w stanie okrągłym.

Brzoza ma drewno średnio twarde, trudno łupliwe, łatwo zapalne, o średniej kurczliwości, nie paczy się i nie wykazuje skłonności do pęknięć desorpcyjnych. Zmienia ono wymiary wraz ze zmianą wilgotności l temperatury otoczenia, suszy się łatwo, dobrze się barwi, poleruje i polituruje oraz łatwo impregnuje. Drewno brzozowe jest waŜnym surowcem sklejkowym i okleinowym oraz do produkcji drewna warstwowego (lignofolu).

Olcha ma drewno miękkie, bardzo łatwo łupliwe, dość kruche, łatwo zapalne; mało się paczy i nie pęka; jest wyjątkowo trwałe w wodzie, gdzie z czasem ulega zabarwieniu na kolor brunatnoczarny, a następnie kamienieje.

Lipa ma drewno lekkie, miękkie, średnio łupliwe, łatwo zapalne, o duŜej kurczliwości, lecz bez skłonności -do pęknięć desorpcyjnych i paczenia się. Drewno lipy suszy się i obrabia łatwo.

Tworzywa drzewne Do tworzyw drzewnych zalicza się: sklejki, drewno warstwowe (lignofol, fornieryt),

drewno prasowane (lignoston), płyty stolarskie, płyty pilśniowe i płyty wiórowe. Ze względu na podobieństwo niektórych, własności i zastosowań do tej grupy tworzyw dołączyć moŜna płyty paździerzowe i laminaty meblowe. 4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń. 1. Co to są materiały ceramiczne? 2. Z czego wytwarza się materiały ceramiczne? 3. Jakie właściwości posiadają wyroby z materiałów ceramicznych? 4. Jakie wyroby nazywa się wyrobami ogniotrwałymi? 5. Jakimi właściwościami odznaczają się wyroby wykonane z drewna? 6. Jakie znasz rodzaje drewna pozyskiwanego z krajowych drzew? 7. Czym róŜni się drewno z poszczególnych drzew? 8. Jakie znasz materiały z tworzywa drzewnego?


39


Analizując właściwości poszczególnych materiałów ceramicznych określ, które z nich najlepiej nadaje się do: – izolowania „gołych” przewodów elektrycznych, – izolowania elementów grzejnych (spirali z drutu), – wyłoŜenia wnętrza pieca piekarniczego, – wykonania zbiornika na agresywną chemicznie ciecz, – wypełnienia ścianki działowej wewnątrz budynku, – wykonania posadzki w masarni, – wykonania zewnętrznej elewacji budynku.


1) określić zasady bezpiecznej pracy, 2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 3) określić właściwości poszczególnych materiałów ceramicznych, 4) dobrać odpowiednie materiały do poszczególnych zastosowań.

WyposaŜenie stanowiska pracy: − komputer z dostępem do Internetu, − materiały piśmiennicze, − literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.

Ćwiczenie 2 Rozpoznaj róŜne wyroby wykonane z materiałów ceramicznych. Określ rodzaj materiału

ceramicznego uŜytego do wykonania tych wyrobów. Jakie są jego właściwości?

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś: 1) określić zasady bezpiecznej pracy, 2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 3) rozpoznać rodzaje materiałów ceramicznych uŜyte do wykonania przedstawionych

wyrobów, 4) określić właściwości poszczególnych materiałów.

WyposaŜenie stanowiska pracy: − wyroby wykonane z róŜnych materiałów ceramicznych, − komputer z dostępem do Internetu, − materiały piśmiennicze, − literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia.


40

Ćwiczenie 3 Piec piekarski ma ubytki w izolacji cieplnej. Zastanów się, jakie materiały są potrzebne

do naprawy. Wyszukaj w Internecie producenta cegieł szamotowych i zaprawy szamotowej. ZłóŜ zamówienie określając warunki w jakich piec jest eksploatowany.


1) określić zasady bezpiecznej pracy, 2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 3) poznać ofertę handlową w Internecie, 4) określić wymagania wobec zamawianych materiałów.

WyposaŜenie stanowiska pracy: − komputer z dostępem do Internetu, − materiały piśmiennicze, − literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia. Ćwiczenie 4

Rozpoznaj próbki drewniane, pochodzące z drzew róŜnych gatunków. Określ rodzaj drewna. Jakie są jego właściwości?


1) określić zasady bezpiecznej pracy, 2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 3) rozpoznać poszczególne rodzaje drewna, 4) opisać właściwości poszczególnych rodzajów drewna.

WyposaŜenie stanowiska pracy: − komputer z dostępem do Internetu, − drewniane próbki, − materiały piśmiennicze, − literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia. Ćwiczenie 5

Zastanów się, gdzie w przemyśle spoŜywczym stosuje się drewno lub tworzywa drzewne. Opisz te sytuacje. Czy moŜna ten materiał zastąpić innym. Czy jest to korzystne. Odpowiedź uzasadnij.


1) określić zasady bezpiecznej pracy, 2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 3) opisać, gdzie moŜna spotkać wyroby drewniane w przemyśle spoŜywczym, 4) odpowiedzieć na pytania z ćwiczenia.


41

WyposaŜenie stanowiska pracy: − komputer z dostępem do Internetu, − materiały piśmiennicze, − literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia. 4.3.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz:

Tak

Nie 1) określić rodzaj materiałów ceramicznych? � � 2) określić zastosowanie materiałów ceramicznych? � � 3) opisać proces technologiczny wytwarzania materiałów

ceramicznych? � � 4) określić właściwości róŜnych materiałów ceramicznych? � � 5) określić właściwości materiałów ogniotrwałych? � � 6) rozpoznać pochodzenie drewna? � � 7) określić właściwości róŜnych rodzajów drewna? � �


42

4.4. Materiały uszczelniające. Zjawisko korozji 4.4.1. Materiał nauczania

Masy uszczelniające Silikony, to plastyczne masy uszczelniające sprzedawane w charakterystycznych

opakowaniach, zwanych kartuszami. Stosuje się je do wypełniania szczelin o niewielkiej szerokości i głębokości. Stanowią wówczas zabezpieczenie przeciwwilgociowe i przeciwwodne. Wykonywane z nich spoiny są trwale elastyczne. Silikony mogą być równieŜ wykorzystywane do łączenia ze sobą róŜnych materiałów. Uszczelniacze silikonowe mogą mieć róŜny kolor. Jest to istotna cecha, poniewaŜ silikonowych połączeń nie da się pomalować. Silikony mają konsystencję półplastyczną. Po nałoŜeniu łatwo dają się rozsmarować, jednak w ciągu kilku minut po wyciśnięciu następuje ich utwardzanie. Są dwa rodzaje utwardzania i odpowiadające im dwa podstawowe rodzaje silikonów: – silikony o utwardzaniu kwaśnym, w trakcie utwardzania wydzielają kwas octowy; mają

dobrą przyczepność do gładkich powierzchni. Odznaczają się dobra odpornością na wilgoć i wysoką temperaturę. Niestety, mogą powodować korozję niektórych metali i betonu, który ma odczyn zasadowy. Podczas nakładania takiego silikonu czuć w pomieszczeniu nieprzyjemny zapach,

– silikony o utwardzaniu neutralnym – gdy się utwardzają, wydzielane są związki chemiczne o odczynie neutralnym, które nie mają przykrego zapachu. Dobrze przylegają do niemal wszystkich materiałów budowlanych i wykończeniowych. Stykając się z metalami, nie powodują ich korozji. Są jednak droŜsze od silikonów o utwardzaniu kwaśnym.

Rys. 12. Silikon do zastosowań sanitarnych [www.soudal.pl]

Produkowanych jest wiele rodzajów uszczelniaczy silikonowych o róŜnych cechach i róŜnym przeznaczeniu: silikony budowlane, silikony sanitarne, silikony szklarskie.

Zastosowanie silikonów: − spoiny połączeniowe między materiałami budowlanymi i wykończeniowymi, − fugowanie płytek ceramicznych, − elastyczne spojenia w szklarstwie,


43

− szklenie okien (uszczelnienia między ramą drewnianą niemalowaną lub malowaną farbami alkidowymi a szkłem),

− spoiny w pomieszczeniach chłodniczych i w produkcji kontenerów, − uszczelnienia w instalacjach klimatyzacyjnych.

Akryle Są to masy uszczelniające na bazie dyspersji akrylowej o bardzo dobrej przyczepności do

podłoŜy porowatych przeznaczone do wypełniania wszelkiego rodzaju szczelin o niewielkiej ruchomości (do 15%) w betonie, murze, tynku, płytach gipsowo-kartonowych, przy listwach, parapetach i schodach. Nie zawierają rozpuszczalników, są więc bezzapachowe. W handlu dostępne są w wielu kolorach, po utwardzeniu dają się malować i lakierować

Polimery MS Są to masy uszczelniająco-klejące łączące w sobie zalety silikonów i poliuretanów,

a pozbawione ich wad. Doskonale przyczepne do wszelkich podłoŜy budowlanych, mogą być nakładane nawet na wilgotne powierzchnie. Bezwonne, nie zawierają rozpuszczalników, są niewraŜliwe na działanie wielu chemikaliów. Po utwardzeniu dają się malować – nawet farbami wodnymi. Doskonale odporne na działanie warunków atmosferycznych i promieniowania UV

Zjawisko korozji Korozją nazywa się proces niszczenia materiałów, zachodzący pod wpływem

chemicznego lub elektrochemicznego oddziaływania otaczającego, agresywnego ośrodka. Najczęściej jest nim powietrze, wilgotna ziemia lub woda. ChociaŜ pojęcie korozji często zawęŜa się. do materiałów metalowych, podlegają jej równieŜ materiały nie metalowe, np. betony, tworzywa sztuczne lub kauczuki.

W zaleŜności od mechanizmu procesu korozyjnego rozróŜnia się dwa rodzaje korozji: – korozję chemiczną, – korozję elektrochemiczną.

O ile metale ulegają zarówno korozji chemicznej jak i elektrochemicznej, to materiały niemetalowe podlegają przede wszystkim korozji chemicznej.

Uwzględniając środowisko, w którym przebiega korozja, wyróŜnia się: – korozję gazową (przebiegającą w suchych gazach), – atmosferyczną, – wodną, – ziemną (w gruncie).

Procesy korozji są potęgowane przez róŜnorodne dodatkowe czynniki, w tym: – mechaniczne (m.in. wewnętrzne napręŜenia, tarcie, erozję, kawitację), – elektryczne (prądy błądzące potęgują korozję ziemną) – biologiczne (mikroorganizmy potęgują korozję ziemną i wodną).

Uwzględniając wygląd zewnętrzny lub zmianę własności fizycznych metali, moŜna wyróŜnić następujące rodzaje korozji: – korozja równomierna, która charakteryzuje się tym, Ŝe rozmieszczenie produktów korozji

występuje w jednakowy sposób na całej powierzchni korodującego metalu, – korozja wŜerowa, charakteryzuje się lokalnym tworzeniem wŜerów w wyniku róŜnej

szybkości korozji poszczególnych obszarów powierzchni, – korozja międzykrystaliczna, charakteryzuje się zniszczeniem przebiegającym wzdłuŜ

granic ziaren metalu; ten rodzaj korozji rozprzestrzenia się w głąb materiału, nie wywołując objawów zniszczenia na jego powierzchni,

– korozja selektywna polega na wybiórczym utlenianiu jednego lub kilku składników stopu,


44

– pękanie korozyjne występuje pod wpływem napręŜeń rozciągających i środowiska korozyjnego (zwane jest takŜe korozją napręŜeniową).

Korozja materiałów powoduje bardzo duŜe straty. Składają się na nie zarówno koszty bezpośrednio związane z koniecznością wymiany zniszczonych elementów, jak i nakłady ponoszone na prace zabezpieczające i konserwacyjne. Trudne do oszacowania są koszty pośrednie, wynikające ze zmniejszenia wydajności urządzeń, ich postoju. WaŜnym zagadnieniem jest równieŜ zagroŜenie bezpieczeństwa pracy maszyn i urządzeń, które podlegają procesom korozyjnym, a których awaria moŜe mieć niekiedy bardzo niebezpieczne skutki (części samolotów, konstrukcje mostów, zbiorniki ciśnieniowe, turbiny itp.).

Korozja chemiczna Korozja chemiczna jest procesem niszczenia metali, zachodzącym w skutek

bezpośredniego działania suchych gazów (szczególnie w wysokiej temperaturze) lub środowisk ciekłych. Środowiska te nie są zdolne do przewodzenia prądu elektrycznego. Najpospolitszym przykładem korozji chemicznej jest zendrowanie Ŝelaza, czyli tworzenie się na powierzchni Ŝelaza zgorzeliny tlenkowej. śelazo jest metalem nieszlachetnym, dlatego stosunkowo łatwo wchodzi w reakcję z tlenem (utlenia się), a na jego powierzchni tworzy się warstwa tlenków, głównie magnetytu. Tlenki powstają równieŜ na innych metalach m.in.: cynku, magnezie, miedzi. JeŜeli powstająca warstwa tlenkowa nie jest szczelna, to tlen dostaje się do coraz głębszych warstw metalu. Prowadzi to do całkowitego skorodowania (utlenienia) metalu. JeŜeli warstwa tlenków jest szczelna i spójna oraz dobrze przylega do metalu, korozja dotyczy tylko jego wierzchniej warstwy. Taki przypadek dotyczy takich metali jak: nikiel, chrom, czy aluminium.

Korozja elektrochemiczna Ten przypadek korozji zachodzi wówczas, gdy metal lub stop ma kontakt z elektrolitem.

Oznacza to, Ŝe powierzchnia metalu styka się z roztworem soli, kwasu lub zasady. Niekiedy elektrolitem moŜe być nawet niewielka ilość wilgoci znajdującej się w powietrzu. Jest to bardzo rozpowszechniony proces. W tym przypadku niszczenie metalu zachodzi wskutek powstawania ogniw galwanicznych i przepływu słabego prądu w tych ogniwach.

Procesy korozji w róŜnych środowiskach Korozja atmosferyczna Korozja atmosferyczna stanowi najczęstszą przyczynę niszczenia metali, zwłaszcza

konstrukcji stalowych. Polega ona na współdziałaniu korozji chemicznej i elektrochemicznej. Jej przebieg uzaleŜniony jest od składu chemicznego atmosfery. Wzrost wilgotności i liczne zanieczyszczenia powietrza intensyfikują procesy korozji atmosferycznej. Niektóre metale (chrom, nikiel, stal nierdzewna) wykazują duŜą odporność na działanie atmosfery, dzięki zdolności do pasywacji. Jest to zjawisko polegające na tworzeniu na powierzchni metalu na skutek utleniania ochronnej warstewki tlenkowej. Niekiedy te cienkie warstwy pasywne ulegają jednak zniszczeniu w szczególnie agresywnych atmosferach przemysłowych lub miejskich zawierających substancje redukujące.

Odporność na działanie atmosfery moŜe być takŜe wynikiem tworzenia się na powierzchni metalu warstw ochronnych, dzięki wtórnym reakcjom produktów korozji i składników atmosfery. Tak się dzieje w przypadku miedzi, która pod wpływem atmosfery koroduje pokrywając się warstwą tlenku miedziowego. Tlenek ten następnie reaguje z dwutlenkiem węgla z atmosfery, w wyniku czego powstaje zasadowy węglan miedzi. Tworzy on szczelną warstwę zielonej barwy tzw. patynę. Stanowi ona ochronną warstwę przed dalszą korozją. Podobne zjawisko występuje w przypadku cynku i ołowiu.

Korozja wodna Zbiorniki, rurociągi, pompy oraz jednostki pływające ulegają często korozji wodnej.

Agresywność wody powiększa się ze wzrostem zawartości soli mineralnych rozpuszczonych


45

w wodzie, a takŜe w przypadkach z napowietrzania wody oraz wzrostu jej temperatury. Bardzo korzystne warunki dla przebiegu korozji elektrochemicznej stwarza woda morska, która ze względu na znaczne stęŜenie soli stanowi roztwór o wysokim przewodnictwie elektrycznym.

Korozja wodna jest często potęgowana przez burzliwy przepływ wody (np. w rurociągach, wirnikach pomp) powodujący występowanie zjawisk erozyjno-kawitacyjnych. DuŜy wpływ na przyśpieszenie korozji wodnej mają takŜe mikroorganizmy Ŝywe.

Korozja ziemna Korozji ziemnej ulegają rurociągi, kable energetyczne i telefoniczne. Agresywność

gruntu zaleŜy wprost od jego kwasowości, wilgotności, napowietrzenia, zawartości soli, obecności mikroorganizmów itp. Ponadto, korozja ziemna jest potęgowana przez prądy błądzące stałe lub przemienne pochodzące z upływów obwodów elektrycznych (w pobliŜu torów tramwajowych lub kolejowych).

Ochrona przed korozją Zapobieganie korozji lub zmniejszanie jej rozmiarów moŜna realizować poprzez

następujące działania: a) zastosowanie dodatków stopowych, uszlachetniających metal (chrom lub nikiel), b) wybór takiego metalu, czy stopu metalów, by po przereagowaniu jego wierzchniej

warstwy, tworzyła się powłoka ochronna (zbiorniki z ołowiu), c) odcięcie materiału od czynnika korozyjnego poprzez:

– malowanie, lakierowanie, emaliowanie, powlekanie gumą, plastykiem lub substancjami bitumicznymi,

– metalizowanie natryskowe, napawanie, platerowanie, (czyli nanoszenie powłok organicznych, nieorganicznych, metalowych i niemetalowych),

– fosforowanie Ŝelaza i stali lub chromianowanie cynku i magnezu, – elektrolityczne pokrywanie powierzchni metalu chronionego cienką warstewką

metalu trudniej korodującego. Ochrona katodowa polega na tym, Ŝe chronioną konstrukcje, łączy się. z ujemnym

biegunem źródła prądu stałego. Biegun dodatni jest podłączony do dodatkowej elektrody pomocniczej (anody). W takim przypadku, gdy elektrolitem jest np. woda morska, rozpuszczać się będzie płytka będąca anodą, a nie kadłub okrętu.

Powłoki ochronne Do czynności konserwacyjnych naleŜy naniesienie, a niekiedy odtwarzanie

uszkodzonych powłok ochronnych. Ochronne powłoki organiczne Najbardziej rozpowszechnione w ochronie metali przed korozją są powłoki organiczne

wykonane z farb i lakierów. Oprócz nich do tej grupy powłok zalicza się takŜe warstwy wykonane z gumy (z kauczuku naturalnego lub syntetycznego) oraz powłoki z tworzyw sztucznych (polichlorku winylu, polietylenu, poliamidów, czy epoksydów).

Ochronne materiały malarskie dzieli się zwykle pod względem ich składu na: – farby, które są zawiesinami pigmentów w błonkotwórczym spoiwie, – emalie, będące zawiesinami pigmentów w nośnikach Ŝywicznych lub pokostowych, – lakiery, które są roztworami nielotnych substancji powłokotwórczych.

Antykorozyjne własności powłok malarskich zaleŜą od własności substancji powłokotwórczej, od chemicznej i fizycznej odporności powłoki na działanie otoczenia oraz od przyczepności powłoki do metalu. Metal moŜe ulegać korozji nawet wtedy, gdy powłoka jest nienaruszona, a czynnik niszczący metal przez nią przenika. KaŜda farba ochronna antykorozyjna składa się z trzech podstawowych grup składników: – składnika błonkotwórczego,


46

– rozpuszczalnika, rozcieńczalnika i plastyfikatora (składniki tej grupy mają za zadanie nadać farbie odpowiednie własności malarskie),

– pigmentu, który nadaje barwę, chroni przed przenikaniem światła i wody oraz zapewnia ochronę przeciwkorozyjną. Do pigmentów, które mają zasadniczy wpływ na przeciwkorozyjne własności wyrobów

malarskich, naleŜy m.in. minia ołowiowa, Ŝółcień cynkowa, pył cynkowy i błękit ołowiowy. PoniewaŜ mogą one nie nadawać błonie wymaganego zabarwienia, pigmenty te

wprowadza się na powierzchnie w pierwszej warstwie, czyli w tzw. farbie gruntowej (podkładowej). Farby gruntowe są z kolei pokrywane farbami i emaliami nawierzchniowymi zawierającymi pigmenty nie wykazujące działania przeciwkorozyjnego, ale mające lepsze własności mechaniczne i dekoracyjne.

Powłoki metalowe Powłoki metalowe mają za zadanie ochronić przed korozją zasadniczą konstrukcję

wykonaną najczęściej z łatwo korodującej stali. Wykonuje się je z chromu lub niklu. Są dość kosztowne.

Powłoki konwersyjne Powłoki konwersyjne są to warstwy nieorganiczne wytworzone na powierzchni metalu

w wyniku działania roztworów powodujących przemianę powierzchni metalu na nierozpuszczalne w wodzie związki tworzące szczelną warstwę o własnościach ochronnych. Otrzymuje się je sposobem chemicznym lub elektrochemicznym. Powłoki konwersyjne zwiększają przyczepność farb i lakierów do powierzchni metalu. Metale pokrywa się powłokami konwersyjnymi przez fosforanowanie i oksydowanie. W ten sposób chroni się często powierzchnię narzędzi ślusarskich.

Powłoki nieorganiczne szkliste Do najbardziej rozpowszechnionych sposobów nakładania powłok tego typu naleŜy

emaliowanie szkliwami. Emalie techniczne stosowane są do powlekania przedmiotów ze stali i Ŝeliwa i słuŜą głównie jako ochrona przed korozją. Naczynia, zbiorniki, aparatura słuŜąca do produkcji środków chemicznych, Ŝywnościowych oraz leczniczych powlekane są specjalnymi technicznymi emaliami kwasoodpornymi. Do wad emalii szklistych naleŜy mała odporność na uderzenia i na nagle skoki temperatury.

Uzupełnianie uszkodzonych powłok malarskich Bardzo często na skutek lokalnego uszkodzenia mechanicznego powłoka malarska

zostaje na niewielkich obszarach zniszczona. NaleŜy ją wtedy jak najszybciej uzupełnić, aby zapobiec rozwojowi korozji, która zapoczątkowana w miejscu nieciągłości, moŜe spowodować duŜe wŜery pod istniejącą w sąsiedztwie nieuszkodzoną powloką. Charakterystycznym objawem rozwoju korozji pod powłoką ochronną są powstające pęcherze.

Miejsca uszkodzone naleŜy oczyścić papierem ściernym lub szczotkami drucianymi. Wokół ogniska korozji naleŜy utworzyć pas szerokości około 5–10mm. JeŜeli nastąpiły juŜ głębokie wŜery korozji, oprócz oczyszczania mechanicznego naleŜy zastosować odrdzewiacze. Po całkowitym oczyszczeniu podłoŜa i starannym odtłuszczeniu naleŜy nałoŜyć warstwę gruntującą. Po jej wyschnięciu ubytek naleŜy szpachlować wyrównując powstałe zagłębienie. Po utwardzeniu szpachlówki matuje się jej powierzchnię i najbliŜszą okolicę drobnym papierem ściernym. Następnie nakłada się emalię powierzchniową o tym samym kolorze i odcieniu, co nieuszkodzona powłoka.

Nanoszenie emalii (lakieru) powierzchniowej na małych ubytkach dokonujemy pędzelkiem, większe powierzchnie pokrywamy natryskowo. Uzupełniające materiały malarskie powinny być tego samego rodzaju, co dotychczasowa powłoka; niekiedy stosuje się specjalne odmiany farb podkładowych i emalii renowacyjnych. Bardzo wygodne w uŜyciu są


47

pojemniki aerozolowe z materiałami renowacyjnymi zarówno podkładowymi, jak teŜ zewnętrznymi.

Środki czasowej ochrony przeciwkorozyjnej powierzchni metalowych Środki słuŜące do ochrony czasowej powinny posiadać następujące cechy:

– dobre właściwości przeciwkorozyjne, – łatwość nanoszenia i usuwania z powierzchni prostymi metodami, – nietoksyczność w czasie nakładania oraz trudność zapalenia po nałoŜeniu, – stabilność chemiczną gwarantującą ochronę antykorozyjną przez od 10 do 24 miesięcy, – nieszkodliwość dla niemetalicznych elementów konstrukcyjnych maszyn (np. gumy).

Środki ochrony czasowej metali dzieli się na:

– oleje i smary ochronne, – antykorozyjne preparaty błonkotwórcze (fluidole), – substancje pasywujące i lotne inhibitory korozji, – woski, farby i lakiery antykorozyjne, – powłoki z tworzyw sztucznych.

Oleje i smary ochronne Elementy trące, występujące w strefie spoŜywczej powinny być wyłącznie smarowane

smarem, dopuszczonym do kontaktu z Ŝywnością i powinny być łatwe do czyszczenia. Środki smarne w przemyśle spoŜywczym słuŜą często do smarowania elementów ze stali

nierdzewnej, bardzo czułych na zatarcie. Obecność wody czy pary, kwaśne lub alkaliczne środowisko, sprzyjają zmywaniu substancji smarujących ze smarowanych powierzchni, co moŜe spowodować zatarcie powierzchni wzajemnie się trących.

Funkcjonowanie maszyn „na sucho” powoduje szybsze zuŜycie maszyn, a takŜe zanieczyszczenie Ŝywności poprzez cząsteczki metali. Stosowane w niektórych rozwiązaniach polimery (spiek z PTFE) mają porowate powierzchnie, trudne do czyszczenia w sposób gwarantujący zachowanie higieny. W porach mogą rozwijać się drobnoustroje, skaŜające gotowy wyrób.

Zwykłe oleje nie zabezpieczają przedmiotów przed korozją na dłuŜszy okres. Cienka warstwa oleju, która pokrywa ścianki przechowywanych przedmiotów, ulega utlenieniu w stosunkowo krótkim czasie. Dzieje się to na skutek katalitycznego działania metali, wody i zanieczyszczeń powietrza. Dlatego do ochrony powierzchni metalowych naleŜy stosować specjalne oleje konserwacyjne.

Dobre smary konserwacyjne muszą mieć następujące cechy: – dobrą zwilŜalność i przyczepność do powierzchni metalu pozwalającą na tworzenie się

moŜliwie grubej warstwy oleju na powierzchniach pionowych, – własności przeciwutleniające i przeciwkorozyjne pozwalające na długotrwałe

utrzymywanie węglowodorów w stanie niezmiennym w atmosferze tlenu atmosferycznego,

– korzystne własności smarne, nie ustępujące olejom smarującym, – własności myjące pozwalające na wymywanie osadów (np. w silniku), – w razie potrzeby powinny dać się łatwo usunąć za pomocą rozpuszczalników

pochodzenia naftowego. Oleje i smary ochronne powinny charakteryzować się moŜliwie duŜą lepkością, która

zapobiega spływaniu z pionowych powierzchni. W tym celu stosuje się takie dodatki jak: olej cylindrowy, cerezyn i kauczuki syntetyczne.

Smary maziste (plastyczne) stosuje się do ochrony powierzchni zewnętrznych i par kinematycznych. Smary takie, będące zagęszczonymi cięŜkimi olejami mineralnymi


48

zawierającymi inhibitory korozji i dodatki stabilizujące, zapewniają długotrwale działanie ochronne nawet w warunkach klimatu morskiego, czy tropikalnego. Przykładem takich substancji są smary ŁTG i TDM.

Tradycyjnie do konserwacji bywa uŜywana wazelina techniczna. Wazelinę techniczną N i W stosuje się do zabezpieczania przed korozją atmosferyczną powierzchni części metalowych przechowywanych przez krótki okres w łagodnych warunkach. Wazelina techniczna N moŜe być stosowana w pomieszczeniu, gdzie temperatura nie przekracza 308 K (35°C), natomiast wazelina W, gdy temperatura nie przekracza 321 K (48°C). Wazeliny nie mają dobrych właściwości smarnych i przeciwkorozyjnych.

Ciekłe antykorozyjne preparaty błonkotwórcze Do preparatów błonkotwórczych naleŜą tzw. fluidole. Są to specjalne kompozycje

błonkotwórcze na osnowie lanoliny stosowane do pokrywania powierzchni wyrobów metalowych. Fluidole tworzą na powierzchni chronionego metalu bardzo cienką (o grubości kilku mikrometrów) szczelną warstewkę odporną na działanie agresywnych czynników atmosferycznych takich, takich jak dwutlenek węgla i siarki, siarkowodór, tlenek azotu, para wodna itp. Ta cienka warstewka chroni powierzchnię metalu przed korozją przez około jeden rok (o ile nie zostanie uszkodzona mechanicznie),

Lotne inhibitory korozji Inhibitory korozji atmosferycznej mają obecnie coraz większe zastosowanie do ochrony

magazynowanych wyrobów metalowych. Podstawowym warunkiem prawidłowej ochrony powierzchni metalowej jest obecność par inhibitora w gazowym środowisku otaczającym lub wypełniającym wyrób. Aby spełnić ten warunek, impregnuje się lotnym inhibitorem materiał opakowania lub do szczelnie zapakowanych wyrobów wkłada się tampon nasycony takim inhibitorem.

Antykorozyjne powłoki woskowe, bitumiczne i lakierowe Działanie powłok woskowych, bitumicznych i lakierowych polega na tworzeniu

szczelnej i plastycznej warstwy ochronnej, która nie dopuszcza czynników agresywnych do powierzchni chronionego obiektu. Dodatki antykorozyjne powodują wystarczająco aktywną ochronę nawet w agresywnych i wilgotnych środowiskach.

Przykłady substancji: Protektol S, Korplast P, Bitex. Powłoki z tworzyw sztucznych do czasowej ochrony antykorozyjnej Do ochrony czasowej wykorzystuje się takie tworzywa, które moŜną łatwo usuwać.

Najczęściej stosuje się powłokotwórcze polimery, które przy dekonserwacji usuwa się przez zdzieranie mechaniczne. 4.4.2. Pytania sprawdzające


1. Jakie znasz rodzaje mas uszczelniających? 2. Do czego słuŜą silikony? 3. Do czego słuŜą akryle? 4. Co to jest korozja? 5. Jakie znasz rodzaje korozji, uwzględniając mechanizm procesu korozyjnego? 6. Jakie znasz rodzaje korozji, uwzględniając środowisko w którym ona przebiega? 7. Jakie znasz sposoby zapobiegania korozji? 8. Jakie znasz rodzaje powłok ochronnych? 9. Jakie cechy powinien posiadać dobry smar konserwacyjny?


49


Korzystając z Internetu i innych dostępnych źródeł dobierz masy uszczelniające do uzupełnienia ubytków w podłoŜu budowlanym między płytami kartonowo-gipsowymi, w szczelinach parapetu, ramy okiennej, tynku, w pomieszczeniu chłodniczym. Odszukaj teŜ takich mas uszczelniających, które moŜna stosować w środowiskach wilgotnych.


1) określić zasady bezpiecznej pracy, 2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 3) odszukać poŜądane informacje, 4) wykonać uszczelnienie w miejscach wskazanych przez nauczyciela.

WyposaŜenie stanowiska pracy: – komputer z dostępem do Internetu, – broszury handlowe, – masy silikonowe, akrylowe, − literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia. Ćwiczenie 2

Odszukaj w Internecie oferowane na rynku preparaty antykorozyjne. Przeanalizuj ich charakterystykę. Ustal sposób postępowania przy nanoszeniu poszczególnych preparatów na chronione powierzchnie.


1) określić zasady bezpiecznej pracy, 2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 3) odszukać w Internecie polecane preparaty, 4) określić ich charakterystykę i sposób nanoszenia polecany przez ich producentów.

WyposaŜenie stanowiska pracy: – komputer z dostępem do Internetu, – materiały piśmiennicze, − literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia. Ćwiczenie 3

Dysponując przedmiotem, którego powierzchnia jest pokryta korozją, oczyść tę powierzchnię i odpowiednio przygotuj do naniesienia powłoki ochronnej. W przypadku głębokich wŜerów, powierzchnię oczyść, uzupełnij ubytki szpachlą, wyszlifuj ja w następnej kolejności i pokryj warstwą farby przeciwkorozyjnej.


1) określić zasady bezpiecznej pracy,


50

2) zorganizować stanowisko pracy do wykonania ćwiczenia, 3) przygotować powierzchnię zardzewiałego przedmiotu do nałoŜenia powłoki ochronnej, 4) nanieść warstwy szpachli i przeszlifować, 5) nanieść warstwy farby antykorozyjnej, 6) ocenić jakość wykonanej przez siebie pracy.

WyposaŜenie stanowiska pracy: – skorodowany przedmiot wymagający renowacji, – szczotka druciana, płótno ścierne, szlifierka kątowa, – szpachla, rozcieńczalnik, farba antykorozyjna, − literatura zgodna z wykazem w Poradniku dla ucznia. 4.4.4. Sprawdzian postępów Czy potrafisz:

Tak

Nie 1) dobrać odpowiednie masy uszczelniające do zadanych warunków? � � 2) wykonać uszczelnienie elementów o niewielkiej ruchowości? � � 3) rozpoznać zjawiska korozyjne i ich skutki? � � 4) dobrać sposoby zapobiegania korozji? � � 5) rozróŜnić i dobrać powłoki ochronne? � �


51

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA 1. Przeczytaj uwaŜnie instrukcję. 2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi. 3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych. 4. Test zawiera 20 zadań. Do kaŜdego zadania dołączone są 4 moŜliwości odpowiedzi.

Tylko jedna jest prawidłowa. 5. Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce

znak X. W przypadku pomyłki naleŜy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania. 7. Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóŜ jego rozwiązanie

na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas. 8. Na rozwiązanie testu masz 35 minut.

Powodzenia!


52

ZESTAW ZADA Ń TESTOWYCH 1. Właściwości mechaniczne metali m.in. określa

a) gęstość. b) temperatura topnienia. c) twardość. d) rozszerzalność cieplna

2. Właściwości fizyczne metali m.in. określa

a) wytrzymałość na zginanie. b) wytrzymałość na ściskanie. c) udarność. d) przewodność elektryczna.

3. Właściwości technologiczne metali nie są określone przez

a) udarność. b) skrawalność. c) spawalność. d) kowalność.

4. Stal, jest to stop Ŝelaza z węglem, w którym zawartość węgla nie przekracza

a) 2%. b) 3%. c) 4%. d) 5%.

5. Uwzględniając przeznaczenie, stal nierdzewna, kwasoodporna i Ŝaroodporna naleŜy do

stali a) konstrukcyjnych. b) specjalnych. c) narzędziowych. d) węglowych.

6. śeliwo jest to stop odlewniczy Ŝelaza z węglem, krzemem, manganem, fosforem, siarką

i innymi składnikami zawierający a) od 0% do 1,6% węgla. b) od 1% do 2,6% węgla. c) od 2% do 3,6% węgla. d) od 3% do 4,6% węgla.

7. Silumin jest

a) odmianą stopu aluminiowego, zawierającą duŜo krzemu i niewiele miedzi, magnezu. b) rodzajem twardego tworzywa sztucznego. c) impregnowanym pod wysokim ciśnieniem i wysokiej temperaturze drewnem akacji. d) stopem mosiądzu z brązem w obecności krzemu.

8. Brąz to stop

a) mosiądzu z cyną. b) miedzi z cynkiem. c) miedzi z cyną. d) miedzi z mosiądzem


53

9. Polimery moŜna otrzymywać na drodze a) wyłącznie polimeryzacji. b) wyłącznie polikondensacji. c) włącznie poliaddycji. d) polimeryzacji, polikondensacji lub poliaddycji.

10. Na drodze polimeryzacji styrenu otrzymuje się

a) polietylen. b) polipropylen. c) poliuretan. d) polistyren.

11. śywice epoksydowe

a) to rodzaj materiałów ceramicznych. b) uzyskuje się z przeróbki drewna sosnowego. c) znajdują zastosowanie jako dwuskładnikowe kleje. d) to składnik poliwęglanów.

12. Kompozyty to materiały które pozwalają osiągnąć

a) właściwości niemoŜliwe do osiągnięcia w materiałach wyjściowych. b) oszczędność deficytowych importowanych materiałów. c) oszczędność drogich komponentów. d) właściwości materiałów wyjściowych.

13. Piasek, mielony kwarc lub szamot pełni w produkcji materiałów ceramicznych rolę

a) wypełniającą. b) schudzającą. c) schładzającą. d) zlepiającą.

14. Wyrobami ogniotrwałymi nazywa się takie materiały ceramiczne, których ogniotrwałość

zwykła jest równa lub wyŜsza od a) 80°C. b) 580°C. c) 1080°C. d) 1580°C.

15. Do cech fizycznych drewna zalicza się

a) barwę, połysk, usłojenie, zapach, cięŜar właściwy, wilgotność. b) wymiary gabarytowe. c) wysokość i szerokość sortymentu. d) wartość opałowa.

16. Do tworzyw drzewnych zalicza się

a) drewnopodobne tworzywa sztuczne. b) płyty pilśniowe, wiórowe, sklejki, lignoston. c) sezonowane deski z drzew iglastych. d) belki budowlane wykonane z drzew iglastych.


54

17. Silikon to a) substancja słuŜąca do rozpuszczania krzemu. b) materiał do wykonania izolacji elektrycznych. c) rodzaj plastycznej masy uszczelniającej. d) rodzaj twardego tworzywa sztucznego.

18. Korozja charakteryzująca się zniszczeniem przebiegającym wzdłuŜ granic ziaren metalu;

nie wywołując objawów zniszczenia na jego powierzchni, to korozja a) powierzchniowa. b) międzykrystaliczna. c) wŜerowa. d) selektywna.

19. Fluidole to

a) specjalne farby na bazie fluidu. b) warstwy organiczne słuŜące do regeneracji powierzchni metalowych. c) warstwy nieorganiczne słuŜące do regeneracji powierzchni metalowych. d) specjalne kompozycje błonkotwórcze tworzące na powierzchni metalu bardzo cienką

szczelną warstewkę odporną na działanie agresywnych czynników atmosferycznych. 20. Elementy trące, występujące w strefie spoŜywczej powinny być wyłącznie smarowane

smarem a) dopuszczonym do kontaktu z Ŝywnością. b) roślinnym. c) produkowanym w aseptycznych warunkach. d) bezbarwnym.


55

KARTA ODPOWIEDZI Imię i nazwisko............................................................................... Stosowanie materiałów konstrukcyjnych w przemyśle spoŜywczym Zakreśl poprawną odpowiedź.

Nr

zadania Odpowiedź Punkty

1 a b c d 2 a b c d 3 a b c d 4 a b c d 5 a b c d 6 a b c d 7 a b c d 8 a b c d 9 a b c d 10 a b c d 11 a b c d 12 a b c d 13 a b c d 14 a b c d 15 a b c d 16 a b c d 17 a b c d 18 a b c d 19 a b c d 20 a b c d

Razem:


56

6. LITERATURA 1. Bernaciak A.: Ochrona środowiska w praktyce. Wydawnictwo SORUS, Warszawa 2004 2. BoŜenko L.: Maszynoznawstwo dla szkoły zasadniczej. WSiP, Warszawa 2004 3. Górecki A.: Technologia ogólna. Podstawy technologii mechanicznych. WSiP,

Warszawa 2005 4. Dobrzański L.: Metaloznawstwo i obróbka cieplna. WSiP, Warszawa 2004 5. Dretkiewicz – Więch J.: Materiałoznawstwo. OBRPNiSz, Warszawa 1993 6. Dretkiewicz – Więch J.: Technologia mechaniczna. Techniki wytwarzania. WSiP,

Warszawa 2000 7. Górecki A.: Technologia ogólna – podstawy technologii mechanicznych. WSiP,

Warszawa 2004 8. Koza W., Lorenc W.: Pracownia techniczna. PWRiL, Warszawa 1985 9. Mac S., Leonowski J.: Bezpieczeństwo i higiena pracy dla szkół zasadniczych. WSiP,

Warszawa 2004 10. Mac S.: Obróbka metali z materiałoznawstwem. WSiP, Warszawa 2004 11. Mały poradnik mechanika. Tom I i II. WNT, Warszawa 1996 12. Rączkowski B.: Bhp w praktyce. ODDK, Gdańsk 2002 13. Stawiszyński F.: Poradnik mechanika samochodowego. WKiŁ, Warszawa 1983 14. Struzik Cz.: Pracownia techniczna. PWSZ, Warszawa 1973. 15. Zając B.: Materiałoznawstwo. Materiały pomocnicze. WSiP, Warszawa 1997 16. Zawora J.: Podstawy technologii maszyn. WSiP, Warszawa 2001 Podstawowe akty prawne dotyczące materiałów w przemyśle spoŜywczym 1. Rozporządzenie (WE) Nr 1935/2004 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia

27 października 2004r. w sprawie materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z Ŝywnością

2. Ustawa z dnia 25 sierpnia 2006 r. o bezpieczeństwie Ŝywności i Ŝywienia (Dz. U. z 2006 r. Nr 171 poz. 1225)

3. Ustawa z dnia 6 września 2001r. o materiałach i wyrobach przeznaczonych do kontaktu z Ŝywnością (Dz. U. z 2001r., Nr128, poz. 1408, z późniejszymi zmianami)

4. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 8 czerwca 2004r. w sprawie wykazu substancji, których stosowanie jest dozwolone w procesie wytwarzania lub przetwarzania materiałów i wyrobów z tworzyw sztucznych, a takŜe sposobu sprawdzania zgodności tych materiałów i wyrobów z ustalonymi limitami ( Dz. U. z 2004r., Nr 157, poz.1643 z późniejszymi zmianami Dz. U. z 2005 r., Nr 216, poz.1832 )

5. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia 1 czerwca 2004r. w sprawie wytwarzania lub przetwarzania materiałów i wyrobów z innych tworzyw niŜ tworzywa sztuczne (Dz. U. z 2004r., Nr 145, poz.1544)

6. Ustawa z dnia 11 maja 2001r. o warunkach zdrowotnych Ŝywności i Ŝywienia (Dz. U. z 2005r. nr 31 poz.265 z póź. zm.)

7. Rozporządzenie Komisji (WE) nr 1895/2005 z dnia 18 listopada 2005 r. w sprawie ograniczenia wykorzystania niektórych pochodnych epoksydowych w materiałach i wyrobach przeznaczonych do kontaktu z Ŝywnością ( Dz. Urz. WE L 302 str. 28 )

Education

Stosowanie materiałów konstrukcyjnych w przemyśle spożywczym