Конструкции из дерева и пластмасс ЛЕКЦИЯ 2 2 Свойства древесины и пластмасс как конструкционных материалов доклад по теме Химия

Доклад раскрывает тему " Конструкции из дерева и пластмасс ЛЕКЦИЯ 2 2 Свойства древесины и пластмасс как конструкционных материалов ".
Презентация поможет подготовится к предмету Химия, может быть полезна как ученикам и студентам, так и преподавателям.
Материал представлен на 23 страницах, оформлен в виде презентации, доступен для скачивания и просмотра онлайн.

Навигация по документу

Страница №1
«Конструкции из дерева и пластмасс» ЛЕКЦИЯ 2 2. Свойства древесины и пластмасс как конструкционных материалов
Страница №2
2.1 Физические свойства древесины
Плотность:
		древесины, защищенной от увлажнения (кг/м3)
Хвойные: 			
	лиственница			650
	сосна, ель, кедр, пихта		500	
Твердые лиственные: 			
	дуб, береза, бук			700	
Мягкие лиственные:	
	осина, тополь, ольха, липа	500
	
Термическое расширение
увеличение размеров деревянного элемента при нагревании
Теплопроводность
2.1 Физические свойства древесины Плотность: древесины, защищенной от увлажнения (кг/м3) Хвойные: лиственница 650 сосна, ель, кедр, пихта 500 Твердые лиственные: дуб, береза, бук 700 Мягкие лиственные: осина, тополь, ольха, липа 500 Термическое расширение увеличение размеров деревянного элемента при нагревании Теплопроводность
Страница №3
Информация вложена в изображении слайда
Страница №4
Химическая стойкость:
Химическая стойкость:
В зависимости от вида химической агрессии древесину можно использовать без дополнительной защиты или защищая её покраской или поверхностной пропиткой.
Древесина по-разному реагирует на действие химических веществ.
Плавиковая, фосфорная и соляная (низкой концентрации) кислоты не разрушают древесину при обычных температурных режимах эксплуатации.
Серная кислота при концентрации более 5 % и особенно азотная кислота разрушают древесину и при обычных температурах.
Большинство органических кислот (уксусная, муравьиная, лимонная и др.) ослабляют древесину только в горячих растворах.
Газовые среды, например серный или сернистый ангидрид, вредно действуют на древесину при наличии увлажнения и повышенной температуры.
Химическая стойкость: Химическая стойкость: В зависимости от вида химической агрессии древесину можно использовать без дополнительной защиты или защищая её покраской или поверхностной пропиткой. Древесина по-разному реагирует на действие химических веществ. Плавиковая, фосфорная и соляная (низкой концентрации) кислоты не разрушают древесину при обычных температурных режимах эксплуатации. Серная кислота при концентрации более 5 % и особенно азотная кислота разрушают древесину и при обычных температурах. Большинство органических кислот (уксусная, муравьиная, лимонная и др.) ослабляют древесину только в горячих растворах. Газовые среды, например серный или сернистый ангидрид, вредно действуют на древесину при наличии увлажнения и повышенной температуры.
Страница №5
2.2 Механические свойства древесины
2.2.1 Анизотропия древесины
Является следствием особенностей строения древесины, представляющей собой совокупность волокон, расположенных в основном лишь в одном направлении.
Второй, не менее важной причиной анизотропии является ярко выраженная слоистость по годовым слоям.
Прочность и деформативность зависят от направления действия усилий и деформаций по отношению к волокнам.
2.2 Механические свойства древесины 2.2.1 Анизотропия древесины Является следствием особенностей строения древесины, представляющей собой совокупность волокон, расположенных в основном лишь в одном направлении. Второй, не менее важной причиной анизотропии является ярко выраженная слоистость по годовым слоям. Прочность и деформативность зависят от направления действия усилий и деформаций по отношению к волокнам.
Страница №6
2.2.2 Прочность
2.2.2 Прочность
характеризует способность материала сопротивляться воздействию механических нагрузок, сохраняя целостность.
Нормативное сопротивление Rн - по результатам испытаний стандартных образцов на кратковременную нагрузку
сосна вдоль волокон: 	при растяжении – 100 МПа,
 					при изгибе – 80 МПа,
 					при сжатии – 44 МПа
Расчетное сопротивление R - максимальное напряжение, которое может выдержать материал, при эксплуатации в конструкции, не разрушаясь при учете всех неблагоприятных факторов, снижающих его прочность
сосна вдоль волокон: 	при растяжении – 10 МПа,
 					при изгибе – 15 МПа,
 					при сжатии – 15 МПа
2.2.2 Прочность 2.2.2 Прочность характеризует способность материала сопротивляться воздействию механических нагрузок, сохраняя целостность. Нормативное сопротивление Rн - по результатам испытаний стандартных образцов на кратковременную нагрузку сосна вдоль волокон: при растяжении – 100 МПа, при изгибе – 80 МПа, при сжатии – 44 МПа Расчетное сопротивление R - максимальное напряжение, которое может выдержать материал, при эксплуатации в конструкции, не разрушаясь при учете всех неблагоприятных факторов, снижающих его прочность сосна вдоль волокон: при растяжении – 10 МПа, при изгибе – 15 МПа, при сжатии – 15 МПа
Страница №7
2.2.3 Жесткость (деформативность)
2.2.3 Жесткость (деформативность)
степень деформативности при действии нагрузки.
Зависит от направления действия усилий по отношению к волокнам, длительности действия нагрузки и влажности древесины.
Модуль упругости Е
В СП «Деревянные конструкции» даются значения модуля упругости для любой породы древесины:
вдоль волокон 	Е = 10 000 МПа
поперек волокон 	Е90 = 400 МПа
2.2.3 Жесткость (деформативность) 2.2.3 Жесткость (деформативность) степень деформативности при действии нагрузки. Зависит от направления действия усилий по отношению к волокнам, длительности действия нагрузки и влажности древесины. Модуль упругости Е В СП «Деревянные конструкции» даются значения модуля упругости для любой породы древесины: вдоль волокон Е = 10 000 МПа поперек волокон Е90 = 400 МПа
Страница №8
2.2.4. Влияние длительности действия нагрузки
2.2.4. Влияние длительности действия нагрузки
При неограниченно длительном нагружении прочность древесины характеризуется пределом длительного сопротивления, который составляет ~50 % предела прочности при стандартном нагружении.
Наибольшую прочность, в 1,5…2 раза превышающую кратковременную, древесина показывает при кратчайших ударных и взрывных нагрузках.
Это обстоятельство учитывается введением коэффициентов к расчетному сопротивлению (R) и модулю упругости (Е):
mд < 1 – когда длительно действующие нагрузки составляют более 80 % суммарных.
mн > 1 – при учете кратковременных воздействий.
2.2.4. Влияние длительности действия нагрузки 2.2.4. Влияние длительности действия нагрузки При неограниченно длительном нагружении прочность древесины характеризуется пределом длительного сопротивления, который составляет ~50 % предела прочности при стандартном нагружении. Наибольшую прочность, в 1,5…2 раза превышающую кратковременную, древесина показывает при кратчайших ударных и взрывных нагрузках. Это обстоятельство учитывается введением коэффициентов к расчетному сопротивлению (R) и модулю упругости (Е): mд < 1 – когда длительно действующие нагрузки составляют более 80 % суммарных. mн > 1 – при учете кратковременных воздействий.
Страница №9
Другая характерная особенность древесины – свойство ползучести (увеличение деформаций с течением времени) под действием неизменной нагрузки.
Другая характерная особенность древесины – свойство ползучести (увеличение деформаций с течением времени) под действием неизменной нагрузки.
При уровне напряжений  < дл рост деформаций будет с течением времени затухать, а при  > дл деформации будут нелинейно возрастать вплоть до разрушения.
При этом нужно отметить, что деформации ползучести - это пластические деформации, то есть необратимые
Другая характерная особенность древесины – свойство ползучести (увеличение деформаций с течением времени) под действием неизменной нагрузки. Другая характерная особенность древесины – свойство ползучести (увеличение деформаций с течением времени) под действием неизменной нагрузки. При уровне напряжений  < дл рост деформаций будет с течением времени затухать, а при  > дл деформации будут нелинейно возрастать вплоть до разрушения. При этом нужно отметить, что деформации ползучести - это пластические деформации, то есть необратимые
Страница №10
2.2.5 Влияние влажности
2.2.5 Влияние влажности
Увеличение влажности древесины приводит к снижению её прочности и увеличению деформативности.
Количественно влажность древесины определяется процентным отношением содержания влаги к массе древесины:
При условиях эксплуатации с повышенной влажностью к расчетному сопротивлению и модулю упругости древесины вводится понижающий коэффициент mв<1.
Различают два вида влаги, содержащейся в древесине – связанную (гигроскопическую) и свободную (капиллярную).
Связанная влага находится в толще клеточных оболочек, а свободная в полостях клеток и в межклеточных пространствах.
2.2.5 Влияние влажности 2.2.5 Влияние влажности Увеличение влажности древесины приводит к снижению её прочности и увеличению деформативности. Количественно влажность древесины определяется процентным отношением содержания влаги к массе древесины: При условиях эксплуатации с повышенной влажностью к расчетному сопротивлению и модулю упругости древесины вводится понижающий коэффициент mв<1. Различают два вида влаги, содержащейся в древесине – связанную (гигроскопическую) и свободную (капиллярную). Связанная влага находится в толще клеточных оболочек, а свободная в полостях клеток и в межклеточных пространствах.
Страница №11
W=12% – равновесная влажность древесины в сухом помещении.
W=12% – равновесная влажность древесины в сухом помещении.
W=30% – предел гигроскопической влажности (влага в стенках клеток).
W>30% – влага заполняет пустоты.
W=70% – полное водонасыщение в воздушной среде.
Древесина погруженная в воду может иметь влажность до 200%.
W=12% – равновесная влажность древесины в сухом помещении. W=12% – равновесная влажность древесины в сухом помещении. W=30% – предел гигроскопической влажности (влага в стенках клеток). W>30% – влага заполняет пустоты. W=70% – полное водонасыщение в воздушной среде. Древесина погруженная в воду может иметь влажность до 200%.
Страница №12
2.2.6 Влияние температуры эксплуатации
2.2.6 Влияние температуры эксплуатации
При повышении температуры от 30 до 50 С прочность древесины снижается, а деформативность увеличивается.
При повышенной температуре эксплуатации к расчетному сопротивлению и модулю упругости древесины вводится понижающий коэффициент mт < 1.
При температуре эксплуатации до +35 С коэффициент mт=1.
При температуре эксплуатации 50 С коэффициент mт=0,8.
При промежуточный значениях температуры коэффициент mт определяется по интерполяции.
При температуре окружающей среды выше 50 С эксплуатация деревянных конструкций не допускается.
2.2.6 Влияние температуры эксплуатации 2.2.6 Влияние температуры эксплуатации При повышении температуры от 30 до 50 С прочность древесины снижается, а деформативность увеличивается. При повышенной температуре эксплуатации к расчетному сопротивлению и модулю упругости древесины вводится понижающий коэффициент mт < 1. При температуре эксплуатации до +35 С коэффициент mт=1. При температуре эксплуатации 50 С коэффициент mт=0,8. При промежуточный значениях температуры коэффициент mт определяется по интерполяции. При температуре окружающей среды выше 50 С эксплуатация деревянных конструкций не допускается.
Страница №13
2.3. Конструкционные пластмассы
Пластмассы – это материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные приобретать заданную форму при нагревании под давлением и устойчиво сохранять ее после охлаждения.
Помимо полимера пластмассы могут содержать наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, пигменты и другие компоненты.
2.3. Конструкционные пластмассы Пластмассы – это материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные приобретать заданную форму при нагревании под давлением и устойчиво сохранять ее после охлаждения. Помимо полимера пластмассы могут содержать наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, пигменты и другие компоненты.
Страница №14
Пластмассы различаются:
Пластмассы различаются:
	по эксплуатационным свойствам
		например атмосферо-, термо- или огнестойкие,
	природе наполнителя
		стеклопластики, углепласты,
	способу расположения наполнителя в материале
		слоистые, волокнистые, с хаотичным расположением,
	по типу полимера
		например акрилопласты.
Конструкционные пластмассы сгораемы, имеют невысокую огнестойкость, их жесткость невелика (за исключением стеклопластиков), подвержены старению.
Пластмассы различаются: Пластмассы различаются: по эксплуатационным свойствам например атмосферо-, термо- или огнестойкие, природе наполнителя стеклопластики, углепласты, способу расположения наполнителя в материале слоистые, волокнистые, с хаотичным расположением, по типу полимера например акрилопласты. Конструкционные пластмассы сгораемы, имеют невысокую огнестойкость, их жесткость невелика (за исключением стеклопластиков), подвержены старению.
Страница №15
2.3.1 Стеклопластики
2.3.1 Стеклопластики
из-за своей высокой прочности представляют наибольший интерес для конструктора.
Это химически стойкий материал, получаемый горячим прессованием эпоксидных, фенолформальдегидных, полиэфирных и других смол, смешанных со стеклянным наполнителем.
Стеклянное волокно выполняет роль арматуры, оно защищено от влияния внешней среды связующим. 
Стеклянные нити получают из расплавленной стеклянной массы, протягиваемой через мельчайшие отверстия — фильеры.
Первичные нити служат исходным сырьем для получения крученых нитей, стекложгутов, стеклохолстов и стеклотканей, вид которых определяет механические свойства стеклопластика.
2.3.1 Стеклопластики 2.3.1 Стеклопластики из-за своей высокой прочности представляют наибольший интерес для конструктора. Это химически стойкий материал, получаемый горячим прессованием эпоксидных, фенолформальдегидных, полиэфирных и других смол, смешанных со стеклянным наполнителем. Стеклянное волокно выполняет роль арматуры, оно защищено от влияния внешней среды связующим. Стеклянные нити получают из расплавленной стеклянной массы, протягиваемой через мельчайшие отверстия — фильеры. Первичные нити служат исходным сырьем для получения крученых нитей, стекложгутов, стеклохолстов и стеклотканей, вид которых определяет механические свойства стеклопластика.
Страница №16
Стеклопластики применяют в элементах несущих конструкций в виде уголков и швеллеров, в обшивках ограждающих светопроницаемых панелей, в узловых соединениях в виде фасонок, болтов и гаек.
Стеклопластики применяют в элементах несущих конструкций в виде уголков и швеллеров, в обшивках ограждающих светопроницаемых панелей, в узловых соединениях в виде фасонок, болтов и гаек.
Листовой материал применяют в качестве обшивок плит, стенок профильных балок, соединительных элементов немагнитных деревянных и пластмассовых конструкций
Стеклопластики:
с непрерывным однонаправленным волокном и хаотически направленным рубленым волокном
Стеклопластики применяют в элементах несущих конструкций в виде уголков и швеллеров, в обшивках ограждающих светопроницаемых панелей, в узловых соединениях в виде фасонок, болтов и гаек. Стеклопластики применяют в элементах несущих конструкций в виде уголков и швеллеров, в обшивках ограждающих светопроницаемых панелей, в узловых соединениях в виде фасонок, болтов и гаек. Листовой материал применяют в качестве обшивок плит, стенок профильных балок, соединительных элементов немагнитных деревянных и пластмассовых конструкций Стеклопластики: с непрерывным однонаправленным волокном и хаотически направленным рубленым волокном
Страница №17
2.3.2 Нетканые перекрестные материалы
2.3.2 Нетканые перекрестные материалы
изготовляют различной структуры: от плотных до редких сеток с размером ячейки 20x20 мм.
Плотные клееные материалы применяют для армирования конструкционных стеклопластиков, получаемых методом намотки, контактного формования и прессования.
Клееные сетки предназначены для армирования пленок, бумаг.
Нетканые перекрестные сетки - перспективный армирующий материал при изготовлении строительных конструкций.
2.3.2 Нетканые перекрестные материалы 2.3.2 Нетканые перекрестные материалы изготовляют различной структуры: от плотных до редких сеток с размером ячейки 20x20 мм. Плотные клееные материалы применяют для армирования конструкционных стеклопластиков, получаемых методом намотки, контактного формования и прессования. Клееные сетки предназначены для армирования пленок, бумаг. Нетканые перекрестные сетки - перспективный армирующий материал при изготовлении строительных конструкций.
Страница №18
2.3.3 Тканые стекловолокнистые материалы
2.3.3 Тканые стекловолокнистые материалы
– стеклоткани,  различаются типом переплетения, числом нитей вдоль и поперек ткани.
Для создания высокопрочных конструкционных не расслаивающихся стеклопластиков разработаны многослойные стеклоткани толщиной 1…10 мм. Отдельные слои тканей связывают друг с другом в процессе тканеобразования.
Многослойные ткани могут быть комбинированными, с включением различного количества синтетических волокон.
2.3.3 Тканые стекловолокнистые материалы 2.3.3 Тканые стекловолокнистые материалы – стеклоткани, различаются типом переплетения, числом нитей вдоль и поперек ткани. Для создания высокопрочных конструкционных не расслаивающихся стеклопластиков разработаны многослойные стеклоткани толщиной 1…10 мм. Отдельные слои тканей связывают друг с другом в процессе тканеобразования. Многослойные ткани могут быть комбинированными, с включением различного количества синтетических волокон.
Страница №19
2.3.4 Органическое стекло
2.3.4 Органическое стекло
– это термопластичный стеклопластик, получаемый путем полимеризации метилового эфира метакриловой кислоты.
Основные достоинства органического стекла:
- высокая степень прозрачности, светопропускание в среднем составляет 92%;
- относительно малая плотность (1,2 г/см3);
- хорошо пропускает ультрафиолетовое излучение, 70…90 %;
- обладает повышенными теплотехническими свойствами, теплопроводность в пять раз ниже чем у силикатного стекла.
Недостатки органического стекла:
- низкая поверхностная твердость - при длительном воздействии атмосферы, статической нагрузки на поверхности стекла появляются микротрещины – «серебро»;
горючесть.
По своей природе органическое стекло является термопластом, при повышении температуры до 90 °С переходит из стеклообразного состояния в эластичное.
2.3.4 Органическое стекло 2.3.4 Органическое стекло – это термопластичный стеклопластик, получаемый путем полимеризации метилового эфира метакриловой кислоты. Основные достоинства органического стекла: - высокая степень прозрачности, светопропускание в среднем составляет 92%; - относительно малая плотность (1,2 г/см3); - хорошо пропускает ультрафиолетовое излучение, 70…90 %; - обладает повышенными теплотехническими свойствами, теплопроводность в пять раз ниже чем у силикатного стекла. Недостатки органического стекла: - низкая поверхностная твердость - при длительном воздействии атмосферы, статической нагрузки на поверхности стекла появляются микротрещины – «серебро»; горючесть. По своей природе органическое стекло является термопластом, при повышении температуры до 90 °С переходит из стеклообразного состояния в эластичное.
Страница №20
2.3.5 Сотовый поликарбонат
2.3.5 Сотовый поликарбонат
– широко используется в качестве светопрозрачного ограждения (зимних садов, жилищ, соляриев, навесов, перегородок, навесных потолков).
Представляет собой полые прозрачные панели, которые состоят из разнесенных между собой листов, соединенных продольными ребрами жесткости.
Количество листов в панели может быть от двух до четырех при общей толщине панели от 4 до 25 мм
Сотовый поликарбонат более ударопрочный чем оргстекло. За счет воздушных прослоек имеет более высокие теплотехнические характеристики. Трудновоспламеним.
Недостатком этого материала является неустойчивость к солнечной радиации (устраняется нанесением прозрачного ультрафиолетового стабилизирующего слоя)
2.3.5 Сотовый поликарбонат 2.3.5 Сотовый поликарбонат – широко используется в качестве светопрозрачного ограждения (зимних садов, жилищ, соляриев, навесов, перегородок, навесных потолков). Представляет собой полые прозрачные панели, которые состоят из разнесенных между собой листов, соединенных продольными ребрами жесткости. Количество листов в панели может быть от двух до четырех при общей толщине панели от 4 до 25 мм Сотовый поликарбонат более ударопрочный чем оргстекло. За счет воздушных прослоек имеет более высокие теплотехнические характеристики. Трудновоспламеним. Недостатком этого материала является неустойчивость к солнечной радиации (устраняется нанесением прозрачного ультрафиолетового стабилизирующего слоя)
Страница №21
2.3.6 Винипласт
2.3.6 Винипласт
- как и оргстекло, состоит полностью из термопластичной смолы без наполнителей.
Изготовляют в виде плоских или волнистых листов толщиной до 2 мм и шириной до 1200 мм.
Может быть прозрачным.
Свойства винипласта близки к свойствам оргстекла.
Основными достоинствами являются самозатухаемость, высокая стойкость в химически агрессивных средах
2.3.6 Винипласт 2.3.6 Винипласт - как и оргстекло, состоит полностью из термопластичной смолы без наполнителей. Изготовляют в виде плоских или волнистых листов толщиной до 2 мм и шириной до 1200 мм. Может быть прозрачным. Свойства винипласта близки к свойствам оргстекла. Основными достоинствами являются самозатухаемость, высокая стойкость в химически агрессивных средах
Страница №22
2.3.7 Воздухонепроницаемые ткани
2.3.7 Воздухонепроницаемые ткани
применяют для пневматических конструкций.
Состоят из текстиля и эластичных покрытий.
Свойства воздухонепроницаемых тканей определяются свойствами составляющих их текстилей и покрытий.
2.3.7 Воздухонепроницаемые ткани 2.3.7 Воздухонепроницаемые ткани применяют для пневматических конструкций. Состоят из текстиля и эластичных покрытий. Свойства воздухонепроницаемых тканей определяются свойствами составляющих их текстилей и покрытий.
Страница №23
2.3.8 Теплоизоляционные пенопласты
2.3.8 Теплоизоляционные пенопласты
Феноформальдегидный пенопласт марки ФРП-1
	мелкопористый материал от светло-серого до темно-коричневого цвета.
Полиуретановый пенопласт
	имеет высокие механические характеристики, особенно при сдвиге, что важно для трехслойных ограждающих конструкций без ребер. С целью экономии полиуретановой композиции при изготовлении используют наполнители в виде минеральных гранул, полученных на основе обожженных глин, стекла, перлита.
Пенополистирольный пенопласт
	получают вспениванием гранул что обеспечивает высокое содержание воздуха, до 98%, а следовательно легкость и низкую теплопроводность материала. Экструзионный пенополистирол имеет исключительно низкий процент водопоглощения, менее 1 %, не является питательной средой для грибов плесени, не растворяется в воде, а также устойчив к воздействию большинства химических веществ.
2.3.8 Теплоизоляционные пенопласты 2.3.8 Теплоизоляционные пенопласты Феноформальдегидный пенопласт марки ФРП-1 мелкопористый материал от светло-серого до темно-коричневого цвета. Полиуретановый пенопласт имеет высокие механические характеристики, особенно при сдвиге, что важно для трехслойных ограждающих конструкций без ребер. С целью экономии полиуретановой композиции при изготовлении используют наполнители в виде минеральных гранул, полученных на основе обожженных глин, стекла, перлита. Пенополистирольный пенопласт получают вспениванием гранул что обеспечивает высокое содержание воздуха, до 98%, а следовательно легкость и низкую теплопроводность материала. Экструзионный пенополистирол имеет исключительно низкий процент водопоглощения, менее 1 %, не является питательной средой для грибов плесени, не растворяется в воде, а также устойчив к воздействию большинства химических веществ.