> Техника, страница 71 > Пластические массы
Пластические массы
Пластические массы, пластики {Plastics), класс материалов, обнимающий все промышленные вещества или смеси веществ, способные при тех или других условиях подвергаться пластическим деформациям для выделки изделий требуемой формы и в дальнейшем обладающие в большей или меньшей степени жесткостью, достаточною для сохранения полученной ими формы. Это широкое определение П. м. ведет к некоторой расплывчатости понятия о П. м., так как оно распространяется тогда на ряд технических материалов [стекло, переплавленный кварц,
фарфор, различные керамич. массы, переплавленные горные породы (наир, базальт), резиновые составы, битуминозные составы, бумага и другие подобные волокнистые материалы, искусственные камни, цементные, бетонные и тому подобное. массы], производство которых получило самостоятельное значение. Однако попытки сузить это широкое понятие о П. м., распространив его на тот или другой более узкий класс веществ, пока не оказались состоятельными—отчасти и потому, что значение и число П.м. быстро возрастает и объём понятия П. м. по существу не может считаться определившимся, так что единственным общим признаком всех П. м. остается только лишь пластичность их при процессе выделки изделий. Вытекающая отсюда известная общность технологических процессов производства изделий из ряда П.м., не получивших крупного промышленного значения, повела к применению термина «Пластические массы» в более специальном смысле, однако сколько-нибудь четких границ соответственного специального объёма понятия П. м. наметить невозможно, тем более, что отдельные отрасли промышленности П. м. постепенно завоевывают себе крупное технич. и экономии. значение и начинают рассматриваться как обособленные. Так, стекольная, керамическая, цементная, асфальтовая, резиновая и бумажная промышленности обычно рассматриваются как самостоятельные; промышленности, производящие продукты из фенольных смол, сложных эфиров (эсте-ров) целлюлозы и казеина, уже почти доросли до положения самостоятельного и, можно думать, скоро обособятся. Но взамен разросшихся и отделившихся отраслей в промышленности пластических масс возникают новые виды пластических масс, которые развиваются в среде других родственных производств.
Первоначально под названием П. м. разумели массы из гипса и глины. Чтобы повысить твердость этих П. м., замедлить их затвердевание и уменьшить хрупкость, в гипсовое или глиняное тесто вводились различные волокнистые наполнители (лен, хлопок, бумага и т. д.); массы этого рода пропитывали растворимым стеклом, добавляли к их составу животный клей. В 90-х гг. 19 в успехом пользовались П. м. из бумаги или бумажной массы, содержащие животный клей. Затем стали добавлять к наполнителям естественные смолы и далее—синтетич. смолы; однако качество получаемых продуктов было недостаточно высокое. Введение различных новых связующих веществ, особенно при большом содержании их, дало П. м. с гораздо более ценными технич. свойствами и притом многих вполне новых типов. Так возник целый ряд П. м., не содержащих особо вводимых наполнителей. Термин П. м. пытались ограничить, использовав экономил. характеристики, по признаку промы-
Т а б л. 5.—Некоторые данные о камфоре и ее заменителях в эфирноцеллюлозных пластич. массах.
| Название | Химич. природа | 1°пл. | ί кип. | Давление, миллиметров Hg | Уд. в. |
| Камфора. | 175 | 204 | 760 | 0,985 | |
| Трифзнилфос- | |||||
| фат. | — | 47,8 | 204 | 8 | |
| Трикрезилфэс- | |||||
| фат. | — | 245 | 8 | ||
| Маннол. | Этилацетанилид | 50 | 250 | ||
| Целлюдол. | Парасульфа- | 135,8 | 307 | ||
| МИД | |||||
| Метацеллюдол | 115 | ||||
| Эластол. | Моноэтил- | 1 45*1 | |||
| сульфамид | f 63*2 | ||||
| Ацетанилид. | 112 | 295 | 760 | ||
| Триацетин. | Трехуксусный эфир | 138 | 15 | 1,178 | |
| глицерина | |||||
|
Технический. *2 Чистый. | |||||
шлейной ценности исходного сырья, а именно под II. м. в некоторых кругах разумеют продукты, получаемые из отбросов каких-либо производств и следовательно не -обладающие или почти не обладающие рыночной стоимостью. Основанием для такого ограничения области П. м. послужило то -обстоятельство, что поводом к изобретению большинства П. м. действительно бывало наличие тех или других промышленных отходов, не находивших себе применения. Однако закрепить такое ограничение толкования термина П. м. практически было бы невозможно, так как неиспользованность и соответствующая ей малоценность того или другого отхода зависят не столько от природы данного отхода, сколько от технич. и экономического состояния промышленности данной страны, и потому не характеризуют -сколько-нибудь устойчиво данный вид сырья. Кроме того необходимо иметь в виду, что отход производства перестает считаться таковым и приобретает рыночную цену, как только разработана удачная П. м. с применением данного отхода; мало того, во многих случаях изобретение удачной П. м. широкого применения нередко ведет к перестановке экономил. показателей основного продукта и отходов при его производстве,так что отход делается главным продуктом того же производства, а первоначальный главный продукт—побочным. Существует еще направление в понимании термина П. м., ограничивающее объём этого термина имитациями различных естественных продуктов. Действительно многие П. м. были первоначально изобретены в качестве имитаций тех или других естественных продуктов, например слоновой кости, рога, черепахи, янтаря, поделочных камней и т. д. Однако технология П. м. давно переросла задачу простой имитации и позволяет производить, с одной стороны, П. м. по красивому виду, способности принимать отделку, механич. свойствам и другим признакам превосходящие те естественные продукты, на подражание которым была первоначально направлена мысль изобретателя (например ирризирующие П. м. разных поделок вроде пуговиц), а с другой стороны,—П. м. с совершенно новым сочетанием свойств, не встречавшимся ранее ни у естественных ни у искусственных материалов, так что соответственная П. м. никак не может считаться подражанием или заменяющей какой-либо из известных ранее материалов (таковы например полл о п а с сочетающий прозрачность стекла с упругостью и гибкостью при наличии механич. прочности, карболиты, обладающие одновременно свойствами дерева и металла и способные отливаться, прессоваться и механически обрабатываться самыми разнообразными способами). Т. о. имитация тоже должна считаться устарелой и технически отсталой, если видеть в ней признак, характеризующий П. м. Иногда выдвигается в качестве признака, ограничивающего объёмП.м., их способность быть твердыми при комнатной Г, но переходить в пластич. состояния .(один раз—необратимо или много раз-обратимо) при том или другом нагреве. Действительно значительная часть П. м. по лучает форму изделий при повышенной Р; кроме того большинство П. м. при подъеме t° в той или другой мере утрачивают свои механич. свойства. Однако видеть в термопластичности необходимый признак П. м.— это значит исключить из числа П. м. все массы холодной обработки, твердеющие от подъема Г, и в частности искусственные камни, например ксилолит; кроме того упор на тепловое размягчение (т. ы. термопластичность) вводит в число П. м. металлы и их сплавы, к П. м. обычно не относимые. Т. о. и это ограничение П. м. не может быть признано состоятельным. Необходимо учитывать при построении понятия П. м., что область П. м. быстро развивается и несомненно стремится к решению огромной промышленной задачи—о замене естественных материалов искусственными, т. к. лишь из П. м. можно получить изделия любого размера и любой формы, причем форма придается материалу в самом процессе его производства, то есть в его легкообрабатываемом состоянии. Примеры синтетических смол, в значительной мере уже вытеснивших естественные и во всяком случае чрезвычайно расширивших самые области применения смолистых веществ, искусственных камней, создавших совершенно новые возможности в области строительной техники, искусственной древесины, прессованного дерева, бар-калаита, маизолита, мезонита (смотрите Древесные опилки), открывающих вполне новые возможности деревообделочной и древесностроительной промышленности, многочисленных материалов керамического характера и т. д., уже в настоящее время намечают то огромное значение, которое предстоит П. м. уже не в поделочной только промышленности, а во всех отраслях крупной промышленности. Необходимо также иметь в виду, что технология П. м. открывает почти безграничные возможности в комбинировании различных свойств, и что промышленности будущего можно будет не столько отправляться от наличных (и притом нередко весьма неудобных) сочетаний, свойств, сколько задаваться комбинациями, которые для данной цели особенно целесообразны. Если многие П. м. первоначально возникли в качестве суррогатов естественных продуктов, а затем стали разрабатываться в качестве заменителей,™ в настоящее время промышленность П. м. в целом уже переросла ту ступень, на которой она задается производством заменителей и тем более суррогатов, и несомненно восходит на ступень самостоятельного и творческого производства материалов. Применение П. м., если разуметь их в широком смысле, распространяется на все существующие виды промышленности, но даже в узком смысле (синтетич. смолы, сложные эфиры целлюлозы и казеиновые массы) промышленность П. м. внедрилась во -все другие отрасли промышленности, хотя более непосредственно ее продукция направляется в промышленность электрическую и поделочную, Размер мировой промышленности П. м. в указанном узком смысле может быть охарактеризован за 1930 г. годовою мощностью примерно в 150 000 т, причем на первом месте стоят США (более 80 000 тонн), на втором Германия (30 000 то) и на третьем Франция (10 000 то). Мощность производства П. м. быстро растет; так например, за 5 лет, с 1921 по 1926 г., мировая выработка искусственных смол возросла с 9 000 до 13 000 то, то есть почти в полтора раза.
Классификация П. м. В связи с неуста-новившимся объёмом понятия П. м. естественно не могло быть дано и общепризнанной устойчивой классификации их. Принципиально говоря, наиболее ценны были бы классификации химическая—по роду исходного сырья, технологически я—по способу применяемых процессов работы с П. м., физическая— по физическим свойствам получаемых продуктов и функциональна я—по технической функции этих продуктов и областям их применения. Практически исе бесполезно классифицировать объекты, пока не очерчены хотя бы приблизительно границы их области. Как примеры предлагавшихся классификаций приводим классификации Г. Блюхера (табл. 1) и Э. Гем-
Таблица 1К л а с с и ф и к а ц и я наиболее важных П. м. по Г. Блюхеру.
Пластические массы:
Из клея и желатины » древесины и пробки » целлюлозы (папье-маше)
» нитроцеллюлозы (целлюлоид и др.)
» ацетилцеллюлозы (ацетатцеллюлоза, целлон и др.)
» других эстеров целлюлозы: вискозы, формил-целлюлозы и прочие.
» крахмала
» крови и подобных альбуминоидов » казеина (галалит и тому подобное.)
» дрожжей
» смол—естественных и искусственных » веорганич. исходных материалов—искусственные камни
Специальные имитации минга (табл. 2), причем необходимо учитывать явную неполноту этих классификаций. Наиболее существенной, как соответ-
рот, то есть деление масс на термопластические, хемопластические и т. д.; однако эти процессы изучены еще не настолько хорошо, чтобы можно было дать такую классификацию надежно. Наконец следует отметить-еще технологическую классификацию плас-
Т а б л. 3.—Р а с п р е д е л е н и е П. м. по типу пластифицирующего процесса (по О-Манфреду и И. Обристу).
Род пластической массы
Тип пластифицирующего процесса вытяжка вальцовка отливка
Белковые массы (искусств, рог)
Целлюлозные массы.
Искусств, смолы
Каучук.
Искусств, волокно.
□
Керамич. массы
Стекла.
Массы строитель ного назначения а
Металлы. тических масс О. Манфреда и И. Обриста по· типу пластифицирующегопроцесса, объяснение которой дается в дальнейшем. Выше в таблице 3 приведено распределение пластических масс по типу пластифицирующего процесса, где 1—нормальный способ работы; 2—способ работы, составляющий отно-
Таблица 2 .—К л а с с и ф и к а ц и я П. м. по Э. Геммингу
| Пластические массы неор-ганич. или минеральные | Пластические массы органические | |||
| изделия горячей обработки | изделия холодной обработки | растительные | животные | синтетиче ские |
| Керамиковые | Известковый раствор
(Mortar) |
Бумага | Рог | Феноловые |
| Огнеупорные | Цемент | Древесная масса | Желатина | Из синтетического каучука |
| Стеклянные | Бетон | Фибра | Животный клей | |
| Кварцевые | Штукатурка (Plaster) Известковокремнистый кирпич Специальные цементы (зубной, кислотостойкий и т. Д.) | Целлюлоид
Каучук Смолы Асфальты |
Казеин
(галалит) Шеллак |
|
ствуюгцей основному признаку П. м., могла бы быть классификация их по физикохимическому процессу, переводящему данную пластическую массу из непластического состояния в пластическое или наобо-
сительыо малое количество общего производства; 3—весьма редкий способ работы, составляющий только предложение патентной литературы; 4—способ работы, не применяемый к данному материалу.
Общие физические свойства. П. м. не составляют химически единого класса тел, даже если брать понятие П. м. в довольно узком смысле; но и при широком объёме термина П. м. все пластические массы обладают общим физич.признаком— пластичностью, к-рый необходимо предполагает общность целого ряда общих физич. свойств, составляющих прямое следствие тех особенностей строения П. м., которыми и обусловливается их пластичность (смотрите). Изучение П. м. как единого класса материалов должно поставить себе задачей разработку феноменологии их физич. свойств. Пока таковой еще не имеется, и поэтому в настоящей статье излагаются лишь некоторые отрывки ее, касающиеся механических, электрических и оптических свойств П. метров.
Механические свойства П. я. Пластичность как основное свойство П. м. предполагает наличие в них дисперсной фазы, у элементов которой по крайней мере одно пространственное измерение мало развито сравнительно -с прочими. Эта пластинчатость или нитевид-ность элементов дисперсной фазы ведет при всякой пластич. деформации рассматриваемых систем к такому их расположению, при котором нек-рое определенное направление нормали к пластинчатым элементам (чешуйкам) или к оси нитевидных элементов (ниточек) оказывается наиболее вероятным, так что эти элементы, если говорить статистически, определенным образом ориентируются в пространстве. Между тем вся технология П. м. внутренне и необходимо связана с применением пространственно-направленных воздействий на соответственные тела. Направленность этого воздействия видна например в процессах прессовки и отливки, причем в последних определяющим условием служит сила тяжести; затем сюда же относятся воздействия полей электрического и магнитного, когда П. м. обрабатывается и затвердевает в электрическом поле (например при изготовлении электретта) или в магнитном поле (например при изготовлении П. м. со свободно подвижными ферромагнитными частицами: железные массы с весьма пониженными потерями в переменном магнитном поле). Как известно, под действием сильных давлений глина и другие пластич. материалы получают сланцеватость, характерную например для динамометаморфич. горных пород. При давлении с продвижением пластич. материала пластические деформации скольжения получают особенно блатоприятные условия для своего развития и вызывают соответственно с этим особенно ярко выраженные свойства анизотропии (смотрите Анизотропный проводник). Это в особенности относится к листовым материалам и к искусственным волокнистым, каковы например волокна вискозы и др. видов искусственного шелка. В силу молекулярной анизотропии пластич. веществ как таковых, независимо от введения специального наполнителя, эти вещества получают анизотропное строение при всех процессах механич. обработки, сопровождающихся пластич. деформацией. Введение волокнистых и чешуйчатых наполнителей весьма повышает эту анизотропию конечного продукта. Т. о. можно утверждать, что всякая П. м. в большей или меньшей степени анизотропна и не может быть иною, причем повышение давления при процессе ведет и к увеличению эффекта, к-рый выражается в частности в повышении или понижении нек-рого свойства по определенному направлению. Таким направлением при обработке П. м. с продвижением бывает т. наз. направление потока, то есть направление оси вытягиваемого тела— при процессе вытяжки или выдавливания через мундштук, или фильер, и направление, по которому движется плоскость—если применяется вальцовка (каландрирование). При действии давлений и других направлен ных факторов (сила тяжести, электрич. или магнитное поле и т. д.) осью анизотропии оказывается направление действующих сил. Так, при вальцовке чешуйчатая дисперсная фаза ориентируется параллельно плоскости вальцевания, а нитевидная — тоже параллельно той же плоскости и кроме того в направлении потока. При волочении и выдавливании через фильер нитевидная фаза получает преобладающую ориентировку, параллельную оси вытягиваемого тела, чешуйчатая же располагается в плоскостях, параллельных касательным плоскостям к вытягиваемому телу, лежащих на концах соответственных радиусов (в том же азимуте). При давлении чешуйчатая фаза располагается нормально к давлению; поэтому всестороннее давление при прессовке ведет к появлению скорлуповатости, в каждом месте нормальной к силам давления, и в случае сфер получается скорлуповатость концентрическая. Электрич. и магнитные поля вызывают ориентацию дисперсной фазы либо нормальную к силовым линиям либо, наоборот,—по силовым линиям, в зависимости от соотношений диэлектрических коэфициентов (или, соответственно, магнитных проницаемостей) дисперсной фазы и окружающей среды: если диэлектрический коэф. (соответственно, магнитная проницаемость) частиц больше, чем таковой же у среды, то наибольшее измерение их располагается по силовым линиям, если же диэлектрич. коэф. (и соответственно, магнитная проницаемость) меньше частиц, то по силовым линиям располагается наименьшее измерение. Частичная ориентировка дисперсной фазы в П. м. влечет за собою не только количественную анизотропию различных свойств данного тела, но в некоторых случаях ведет и к качественному изменению соответственного свойства и к скачку в значении обсуждаемого свойства; так например, у тела с электропроводностью одного характера может появиться электропроводность другого характера; точно так же теплопроводность и т. д. Это объясняется тем, что при значительном содержании дисперсной фазы, когда размерами частиц уже нельзя пренебрегать сравнительно с их взаимными расстояниями, частицы в ориентированном положении могут приходить в соприкосновение между собою, так что в известных направлениях образуются сплошные нитевидные образования или известные листоватые образования по нек-рым поверхностям.
В промышленности П. м. прежде всего приходится учитывать механич. свойства этих тел и присущую им анизотропию;. Так например, Де-Виссер (De Visser, 1925 г.) показал, что прочность на разрыв у пленок из казеинового геля, при одном и том же состоянии влажности, в направлении каландрирования составляет 44,6 мз/сж2, а в перпендикулярном—только 35,6 килограмм/сма, так что разница равна 25%. При отверждении казеина формалином анизотропия прочности у вальцованной пленки естественно должна сохраниться. При выдавливании П. м. из горизонтального пресса ориентированность осей частиц (например мицелл) как линейная должна быть большей, чем при прессовке, дающей только плоскостную ориентировку.
В соответствии с этим, как показали опыты О. Манфреда и И. Обриста (1927г.), и модуль упругости у галалитовых палок равняется 30 000 килограмм/см2, а у пластинок только 25 000 килограмм/ем2, то есть на 15% меньше; в обоих случаях казеиновый гель после механич. обработки подвергался отверждению формалином. Ориентированность мицелл, дающая наибольшую прочность на разрыв в направлении осей частиц, должна тем самым в обратном смысле изменять прочность на изгиб. Так например, по опытам О. Манфреда и И. Обриста (1927 год) у пластинок искусственного рога (галалит) марки «Глорит» прочность на изгиб по направлению каландрирования (средняя линия пластины) составляет 170 килограмм/см“, а перпендикулярно к нему 970 килограмм/см2, так что разница доходит до 500%. Анизотропия свойств ярко выражается у волокнистых материалов. Так, по Р. Герц-бергу (1915 год) разрывная длина и вытяжка различных сортов бумаги характеризуются данными табл. 4. Как видно из приведенных
Таблица 4.—Ра зрывная длина и вытяжка чисел, наибольшее значение вытяжки соответствует наименьшему значению разрывной длины. В особых случаях отношение прочности на разрыв по длине и в направлении перпендикулярном падает до 18/100, тогда как отношение вытяжек поднимается до 435/100. Вальцовка вискозы, как установлено опытами Р. О. Герцога и Г. Зелле (1924 год), тоже ведет к упрочнению и соответственно к уменьшению вытяжки, причем оба свойства не меняются со степенью созревания вискозы, но заметно изменяются от механич. обработки, как это видно из табл. 5. Особенно
Таблица 5П рочность на разрыв и вытяжка вискозы разных степеней зрелости до и после вальцовки (по Р. О.
Герцогу и Г. Зелле).
| а со о | Прочность па разрыв, кг/мм2 | Вытяжка, % | ||||
| ok | ДО | после | раз- | ДО | после | раз- |
| PQ | валь- | валь- | ница, | валь- | валь- | ница, |
| цовки | цовки | % | цовки | цовки | % | |
| 1 | 10.3 | 12,0 | 15 | 15 | 12,0 | 25 |
| 2 | 10 0 | 12,5 | 25 | 23 | 11,0 | 109 |
| 3 | 10,0 | 13,0 | 30 | 23 | 13,5 | 70.4 |
| 4
1 |
10,5 | 16,9 | 61 | 20 | 13,3 | 50,4 |
явно выступает анизотропия П. м. при измерении какого-либо свойства не по двум только взаимно перпендикулярным направлениям, а под различными углами к нек-рому основному, служащему осью данной пластич. среды. На основании подобных измерений м. б. построена наглядная тензорная диаграмма данного свойства. В табл. 6 приводятся результаты подобных измерений для кабельной бумаги, сделанных П. А. Флоренским; измерению подвергалось разрывное
Таблица 6.—С данных по тензорной диаграмме разрывного усилия к вытяжки.
| Направление испытания | Угол между направлениями полоски и проката бумаги | Механич | свойства | ||
| Разрывное усилие норм, полоски, кг | Вытяжка при разрыве норм, полоски, % | ||||
| средпее значение из 10 частных | рассея ние | средпее значение из 10частных | рассея ние | ||
| I | 0° | 12,43 | 0,66 | 1,68 | 0,46 |
| II | 22.5° | 11.07 | 0,33 | 2,09 | 0,37 ; |
| III | 45° | 8,67 | 0,36 | 4,01 | 0,64 |
| IV | 67,5° | 7,21 | 0.58 | 6,27 | 0,71 1 |
| V | 90° | 6,34 | 0,54 | 7,06 | 1,19 |
усилие и вытяжка при разрыве. Результаты измерений представлены также тензорной диаграммой (фигура 1). Как видно из этой последней, каждое из свойств выражается характерным графиком бисквитообразной формы, причем длинные оси обоих графиков взаимно перпендикулярны.
Упрочняя П. м., механич. обработка вместе с тем понижает ее набухаем ость, как это показано например Де-Виссером на казеиновых пленках. Подобно казеиновым гелям ведут себя и нитроцеллюлозные; так,по· опытам О. Манфреда и И. Обриста (1927 год) нитроцеллюлозные нити (искусственный шелк) упрочняются примернона 15%, а пленки на 50%. Различные виды каучука обнаруживают по данным Де-Виссера "при каландрировании ту же анизотропию свойств в
продольном и поперечном направлениях, как и прочие П. м. Данные о прочности на разрыв и вытяжке сопоставлены в таблице 7. Упорядочивая распределение частиц, процесс вальцевания доводит распределение их до некоторого наибольшего значения, после чего начинается уменьшение прочности, заканчивающееся вальцовкой намертво;
разных сортов бумаги (по Р. Герцбергу).
| Сорт бумаги | Разрывная длина, км | Вытяжка, % | ||||
| ± к длине | II к длине | разница, % | _!_ К длине | II к длине | разница, % | |
| Писчая бумага. | 2,21 | 5,46 | 147 | 2,4 | 1,9 | 27 |
| Konzertpapier. | 3,57 | 7.01 | 96 | 4,1 | 1,4 | 193 |
| Оберточная бумага. | 4,25 | 9,06 | из | 6,7 | 2,8 | 139 |
Таблица 7 .—П рочность на разрыв и вытяжка различных видов каландрированного каучука.
| Вид каучука | Прочность на разрыв, кг1см2 | Вытяжка, | % | |||
| _L к длине | II к длине | разница, % | _!_ К
длине |
II к длине | разница, % | |
| От Hevea Brasilien- | ||||||
| sis .. | 2,17 | 11,5 | 430 | 138 | 573 | 315 |
| От Ficus elastica. | 1,09 | 5,48 | 402,7 | 200 | 350 | 75 |
| Кастиллоа. | 1,35 | 12,0 | 790 | 127 | 1 023 | 705 |
| Балата. | 68 | 148 | 117 | 24 | 344 | 1 333 |
| Гуттаперча. | 295 | 306 | 3,6 | 316 | 410 | 29 |
| Синтетический кау- | ||||||
| чук.. | 8 | 10,7 | 3,4 | 359 | 500 | 39 |
пластин может служить примером сказанному. Механич. прочность стекол тоже зависит не только от состава стекольной массы, но и от способа ее обработки. Это может быть пояснено данными табл. 10. Подобная же зависимость механических свойств от способа, работы с П. м. наблюдается и в керамике, где отливки превосходят по прочности вылепленные изделия. По измерениям Г. Коля (Н. Kohl, 1926 г.)·· отливка из глиняного или ка дри проведении этой вальцовки анизотропия постепенно ослабевает. В табл. 8 сопо-
Т а б л. 8 .—3 ависимоотьпрочности и вытяжки сырого каучука от длительности вальцевания (по Де-Виссеру).
| Длительность вальцевания, мин. | Прочность па разрыв, кг/см2 | Вытяжка, % | ||||
| _!_ к длине | II к длине | разница, % | _!_ К
длине |
II к длине | разница, % | |
| 10 | 1,89 | 7,75 | 310 | 490 | 172 | 185 |
| 15 | 1.32 | 4,37 | 231 | 552 | 306 | 80 |
| 20 | 1,20 | 2,29 | 91 | 614 | 382 | 61 |
| 30 | 1,10 | 1,59 | 45 | 503 | 509 | 1,2 |
олиновогошликерадаетпалкис примерно удвоенным против вылепленных масс того же состава значением прочности на излом, как это видно из данных табл. 11. По. наблюде-
Т а б л. 9.—М еханич. прочность (в кг 1см2)· различных П. м. после различной механич. обработки.
| Прочность | Модуль | |
| Вещество | палки на | упругости 1 |
| разрыв | пластины i | |
| 10 велит. | 400 | 27 500 j |
| Поллопас. | 850 | 38 С00 |
ниям О. Бартша прочность на излом глиня-
ставлены данные, которые показывают процесс этого уменьшения прочности для сырого каучука при слишком длительном вальцевании. Если таким образом свойства механически обрабатываемых П. м. чрезвычайно зависят от процесса и условий табл, ю.—з обработки, то при отливке масс должна возникать зависимость от процесса течения вязкого вещества, и потому даже вполне однородные по составу П. м., будучи отлиты, могут давать материал механически неоднородный. О. Манфред и И. Об-рист наглядно показали это, измерив прочность на излом усеченно-конической отливки из синтетич. фенольной смолы юве-лита в пяти равно отстоящих местах повы-1 соте. Результаты измерения таковы (в кг/см2):
Верхнее основание болванки. 90
Середина верхней половины. 210
Середина болванки 350
Подобным образом палка литого ювелита в 40 сантиметров длиною показала у концов и в середине значения прочности на излом 350, 530, 330 килограмм/сма. Наивысшие значения прочности для средних участков литья объясняются наиболее выгодным расположением частиц в этом участке в соответствии с длительностью течения до него, тогда как длительность течения до верхних слишком мала, чтобы частицы успели ориентироваться, а до нижних—слишком велика, и возникшая упорядоченность вновь нарушается. Из этого значения процессов обработки следует, что для каждого вещества существует своя наивыгоднейшая обработка, дающая наибольшее упрочнение. Сопоставление в таблице 9 данных о механич. прочности ювелита и поллопаса в виде палок и в виде ного черепа1 при предварительном колочений влажной глиняной массы сперва повышается на 10—20%, а затем, пройдя через максимум, снова падает. Как общее, чрезвычайно-важное в технологии П. м. правило, может-
1ВИОимооть механич. прочности сте-от способа обработки массы.
| РОД
стекла | Род обработки | Ширина образца,
см | Прочность на излом, кг/с-м2 | ||
| НИЖНИЙ
предел |
верхний предел | сред няя | |||
| Оконное. | Дутое | 10 | 306 | 849 | 577 |
| ». | Тянутое | 10 | 680 | 853 | 742 |
| Зеркальное. | Литое | 10 | 239 | 740 | 456 |
Середина нижней половины. 270
Нижнее основание болванки. 100
быть выставлено то положение, что всевозможные виды механич. обработки, ведущие-к дезагрегации частиц ее, до известного предела повышают механич. свойства, но после
Таблица Н .—3 ависимость механических, свойств фарфораи каменной массы от рода механической обработки.
| Материал | Прочность черепа на излом, кг/см“ | ||
| размятая масса | литая масса | раз ница,
% | |
| Каолин | |||
| Из Кемлица. | 9,24 | 17,6 | 90 |
| » Галле .. | 2.53 | 4,8 | 89 |
| » Петтлица. | 8,58 | 16,7 | 98 |
| » Гиршау.. | 1,21 | 3.0 | 148 |
| Каменная масса | |||
| 139В.. | 14,8 | 363 | |
| 139С.. | 10,2 | 20,1 | 97 |
этого предела соответственные механические свойства идут на убыль.
Электромагнитные свойства П. м. При помощи формального рассмотрения П. м. как дисперсных сред могут быть выведены некоторые общие соотношения между свойствами-
составных частей этих смесейиполучающегося из них продукта. При этом известное соотношение может быть с соответственными изменениями в значениях констант распространено на ряд свойств, поскольку вывод его ведется из формальных предпосылок. Так, все скалярные характеристики пластических масс могут быть получены по правилу смешения:
Хт=$ιΧχ -f* ^2^2 ’ (1)
где —объёмное содержание дисперсной фазы и #2—объёмное содержание вмещающей среды, хх—рассматриваемая характеристика дисперсной фазы, отнесенная к единице объёма, ж2—та же характеристика для вмещающей среды, а хт—та же характеристика для смеси тел, образующих вместе со •средою П. м. Этому правилу смешения подлежат теплоемкость, плотность и т. д. Зависимости жтот формы и распределения частиц смеси в среде для скалярных характеристик очевидно не должно быть. Напротив, тензорные и векторные характеристики П. м. •очевидно должны зависеть не только от характеристик составных частей и среды и содержания составных частей в П. м., но также и от формы частиц введенных в П. м. наполнителей, распределения этих частиц по всему объёму П. м. и рода их ориентировки. Но будучи найдено для одной тензорной или векторной характеристики, известное соотношение может быть далее распространено также и на прочие. Диэлектрич. коэфициент, электропроводность, магнитная проницаемость, теплопроводность и т. д.— эти и подобные характеристики составляют группу, которая подлежит одним и тем же -формальным соотношениям. В дальнейшем здесь будут изложены гл. обр. соотношения, касающиеся диэлектрич. коэф-та и оптич. .показателя преломления. Будем обозначать индексами 1 и 2 принадлежность соответственных характеристик к первому и ко второму дисперсному слагающему смеси соответственно, индексом и—принадлежность индекса к среде, которая содержит эти дисперсные компоненты, а индексом т—принадлежность к самой смеси. Пусть, далее, & юудет обозначать объёмное содержание компонента в смеси, р—массу компонента или же массу самой смеси, ρ—их плотность, ε— диэлектрический коэфициент (или соответственно квадрат показателя преломления) и наконец U—особый параметр, зависящий от формы, положения и ориентировки дисперсных фаз смеси, а также их диэлектрических коэфициентов и объёмных содержаний и называемый у Винера мерою их проницаемости (Durchlasstellung); в •специальном случае—изотропного расположения— U не зависит от положения частиц, но определяется формою их самих и их распределения и может рассматриваться как коэфициент формы. Простейшее соотношение, характеризующее обсуждаемые •смеси, сводится к формуле Ньютона:
Ет=+ #2ε2> (2)
V^n - #1 ν~εχ + $2 Vh (3)
Другие соотношения приведены А. Веером <1853г.), Дж. Г. Гладстономи Дэлем(1863 г.).
Соотношения обсуждаемого рода обычно выводятся согласно теории С. Д. Пуассона (1821—1822 г.) и О. Ф. Мосотти (1850 г.), развитой затем К. Клаузиусом (1879 г.) и А. Лампою (1895 г.). Эта теория основана на предположении равномерного распределения в непроводящей среде электропроводных шариков, размеры которых весьма малы сравнительно с их взаимными расстояниями, и приводит к общеизвестному соотношению:
1 гж ~ 1
в ет + 2
= Const.
(4)
Л. Лоренц (1869, 1875 и|1880 гг.} и затем Г. А. Лорентц (1880 г.) вывели ту же формулу иным путем, придав ей вид:
Рт ет 1 =__ Ρι ει — 1 Рг J-l ~ Д_ Qm ет + 2 (?ι ^2 + 2 (?2 ε2 + 2
(5)
К. Лихтенеккером (1918 год) указано лога-рифмич. правило смешения:
или
lg ет=lg εχ + lg ε2. (7)
Релей рассматривал два случая: во-первых, двухмерный—когда среда содержит кон-груентные цилиндры с правильно распределенными параллельными осями, перпендикулярными к направлению поля, и, во-вторых, трехмерный — когда среда содержит параллелепипедально расположенные кон-груентные шары. Для первого случая диэлектрич. коэф-т ет сложного тела определяется соотношением:
2
l + v ι-у,
(8)
-i + y(Cl*i + <^!+ -)
e2=0,013363; —объём ное содержание цилиндров в среде, а
1-V
где сх=0,30584 и
В случае &1=1/2 соотношение(8) дает _i l + v ι-у
2 1 — У i + vft
ε,η i i +ν ’ (9)
2 + Γ^ν - Г+V к
где
, 0,30584 0,013363
* = “16— + -йе-
+ ·
Если взять тело обратного строения (негатив предыдущего), то есть у которого вещество цилиндров и вещество окружающей среды обменены местами, то диэлектрический коэфициент его ет определится очевидно следующим соотношением _1
·.···* V · ,2(10)
1 + У, 1-У,. i-v + i + y h
1 + У 1-У 1-У + 1 + у к
так что вполне точно
•=1 · V.
(И)
Т. о. геометрическое среднее двух ^взаимно обратно построенных тел представляет геометрия. среднее диэлектрич. коэф-тов обеих составных частей; чем ближе между собой их диэлектрич. коэф-ты, тем ближе друг к другу и диэлектрич. коэф-ты взаимно обратных тел (например при в1 = 2 и ει==1 это будут 1,400 и 1,428). Можно далее построить тела второй ступени, в которых одно из взаимно
Фигура 2.
тут возможны опять два взаимно обратных видоизменения, с диэлектрич. коэфициента-ми ε^1 и э$ соответственно. Эти последние тоже удовлетворяют соотношению ет зш=ет зт= 1. V. (12)
Продолжая процесс построения подобных сложных тел все далее и далее, получаем на п-й ступени тела с и з% опять-таки удовлетворяющими соотношению
(13)
В пределе обе составные части участвуют в строении тела равноправно, так что
lim ε^=lim 3$=] 1 · V. (14)
обратных тел служит средою, а другое—дисперсной цилиндрич. фазой (фигура 2*), причем
Наиболее общие соотношения, устанавливающие зависимость диэлектрич. коэф-та смеси от значений той же характеристики двух слагающих и среды, а также от формы и расположения частиц смеси, даны О. Винером (1902—1912 гг.). Основная формула смешения представлена О. Винером в следующих пяти видах:
и
В 2 s + tT
ч
+ О
+ h
! + U’
(15)
| :=&1 · | е1 ~ £и
ει + U |
+ | 4 1 ε2 |
| 1 | 01 | »2. | |
| e+U | Ч + и | ч + U’ | |
| 6 | &1Ч | _L | ^2ε2. |
| e+U | Ч + и. | £2 + U’ | |
| ε1 ε2 | ε1 “ | ~ ε2 | |
| £ + U | - #1 · | ε1 + U | |
(16)
(17)
(18) (19)
Соотношение (16) получается из (15) путем замены параметра U/2 другою величиною ε„, остающеюся вполне неопределенной. Однако эта величина присутствует в формуле (16) лишь как вспомогательная и исчезает, если только принять во внимание, что #ι+#2=1. Кроме того все соотношения (15), (16), (17) и -(18) могут быть приведены к виду (19). В раскрытом относительно ет виде формула Винера имеет вид
Ет — es
ε1ε2 Ή U ει«2 + Ues ’
(20)
тде
«j,=ε1#1 + ε2#2
* Фигура 2. Релеевское смешанное тело второй ступени первого и второго типа, при равном объёмном содержании фаз (по К. Лихтенекнеру).
(то есть арифметическое среднее),
_ чч * с2^1 “Ь
(то есть гармоническое среднее).
В табл. 12 приведены частные виды, которые получает формула Винера в отдельных случаях строения тела, содержащего в среде дисперсную фазу в виде плоскопараллельных слоев, призм или шаров. Эти частные случаи строения как предельные позволяют примерно учесть свойства тела во всех прочих случаях, которые неизбежно окажутся промежуточными. Сопоставление результатов, получаемых при пользовании вышеприведенными соотношениями, наглядно представлено на фигуре 3, 4, 5 и 6. На фигуре 3* даны геоме-трич. места смесей равных диэлектрических коэф-тов; объёмное содержание среды и дисперсной фазы предполагаются равными, а диэлектрич. коэф-ты их определяются тогда соответственными координатами точек представленных геометрических мест.
Фигура 3.
Два крайних случая позволяют установить границы колебания всех прочих: параллельное включение фаз в смеси отвечает арифметическому среднему, так что
ет=‘ (®ι + 8а) (21)
и графически выражается семейством прямых; последовательное включение фаз смеси отвечает гармонич. среднему, и тогда
J_ = i /1, М,
«ж 2 βι «а
(22}
а ет выражается графически семейством равносторонних гипербол. Вполне беспорядочное расположение фаз должно дать диэлектрический коэфициент смеси, графики которого лежат между соответственной прямой и соответственной гиперболой. Начерченные графики соответствуют геометрическому среднему, получаемому на основании лога-рифмич. правила смешения Лихтенеккера (фигура 3). Сопоставление геометрич. мест равных диэлектрич. коэф-тов, полученных по формуле смешения с таковыми же, вычерчен-
* Фигура 3. Номограмма диэлектрич. коэф-та е смеси в зависимости от диэлектрич. коэф-тов составных частей е, и ег. при равном пространственном содержании дисперсной фазы и среды,--семейство прямых, отвечающее параллельному включению фаз, ------семейство гипербол, отвечающее последовательному включению фаз..графики бес порядочных включений, соответствующие логарифмическому правилу смешения (по К. Лихтенекнеру).
19
.Г. Э. т. XVI.
дпэлектрич. коэ ф-т а м и
*i Вещество 1 показано штрихами, вещество 2—белым цветом. *2 Диэлектрический коэфициент основной среды. *3 Мера проницаемости. Диэлектри ческий коэфициент смеси в явном виде [формула (20)].
нымипоф-леЛоренца-Лорентна, для частного случая равных объёмных соотношений фаз, показывает тождество обоих семейств только при диэлектрическом коэф-те смеси, равном ε. 2, тогда как для дру гих значений графики расходятся в против о по-ложные стороны (фигура 4*). Сопоставление графиков Винера (15) и Лоренна-Лорентца и К. Лихтенеккера дано для частного случая, козда диэлектрич. коэф-т сме
си ет= 1. Как видно по фигура 5, весь пучок винеровских гипербол, равно как и прочие графики, содержится между графиками крайних случаев, соответствующих параллельному и последовательному включениям; однако винеровск. £г графики позволяют сколь угодно приближаться к каждому к:з этих пограничных случаев, то есть позволякт сделать вычисления для смешанных тел, в которых есть то или иное преобладание параллельного включения фаз надпоследовг,.
Фигура δ.
тельным или обратно. Формула Винера обращается в формулу Лоренца-Лорентца при частном значении проницаемости [7=2. Положение соответственных графиков в пучке всех прочих для разных значений диэлектрического коэфициента смеси показано на фигуре 6. На основании проведенных, при помощи частного случая равнообъёмности, фаз
* Фигура 4. Номограмма диэлектрич. коэф-та ε смеси в зависимости от диэлектрич. коэф-тов составных частей и «а, при равном пространственном содержании дисперсной фазы и среды,— семейство гра фиков Лоренца-Лорентца (5), — — — семейство графиков Лихтенеккера (6) (по К. Лихтенеккеру).
явствует, что соотношение Винера как более общее наиболее точно может характеризовать П. м. Опыт показал, что соотношения (2), (4) и (5) вообще не удовлетворяют опытным данным. Кроме того против них, как и против соотношения (3), выставлены принципиальные возражения. Прежде всего формула Ньютона (2) неприемлема, потому что не может быть одновременно применена к некоторой характеристике обсуждаемого рода и к соответственно обратной характеристике (например диэлектрич. коэф-ту ε и к диэлектрич. жесткости в-1, к электропроводности кик электросопротивлению κ_1, к теплопроводности к и к теплоизоляционной способности /с"1 и т. д.), тогда как эти парные характеристики должны для данной смеси выражаться одним и тем же формальным соотношением. Это лоследнее наглядно показано В. Гюртлером (1908 год) на примере смеси с равнообъёмными фазами, расположенными на поверхности в шном порядке, а
Фигура 6.
в пространстве—в виде шной пространственной решетки: в силу полной равноправности обеих фаз любая из них может считаться средою и любая—рассеянной фазой. Если к такого рода решетке применить правило смешения электропроводностей, то это было бы равносильно истолкованию тела, как состоящего из параллельно включенных фаз; напротив, правило смешения электросопротивлений, будучи применено к данному телу, указывало бы на его строение из фаз, включенных последовательно. Но и параллельность и последовательность включений в данном случае могут быть утверждаемы с совершенно равными основаниями, и следовательно ни одно из правил смешения не может быть здесь принято. Так.обр. правило
* Фигура 6. Пучок смешанных тел проницаемости
17=2 в винеровской связке, — · —-гиперболы для вполне беспорядочного расположения фаз в соответствии с логарифмич. правилом смешения,----
гиперболы для смешанных тел проницаемости 17=2,
соответствующих равенству (по К. Лихтенеккеру).
смешения вообще не может быть применимо к рассматриваемым характеристикам смесей. Напротив, логарифмич. правило смешения, равно как и ф-лы Релея и Винера, удовлетворяет требованию взаимообратности для взаимообратных характеристик. О. Винером установлен способ, позволяющий отбрасывать заведомо негодные соотношения, касающиеся смесей, на основании постулата пропорциональности. Он основан на том, что распределение поля внутри такого тела зависит не от абсолютных значений веществен, характеристик фаз (в данном случае диэлектрич. коэф-та), а от отношения между этими характеристиками; поэтому при д-кратном увеличении этих вещественных характеристик соответственная характеристика смеси возрастает тоже в q раз. Формулы.Клаузиуеа-Мосотти и Лоренца-Ло-рентца не удовлетворяют винеровскому постулату пропорциональности и потому в общем случае не могут быть правильны. В исправленном виде они должен быть написаны:
“Const (23)
и тому подобное., где εΗ—диэлектрич. коэф-т основной среды, a U—параметр, меняющийся от О до со. В таком виде соотношение удовлетворяет постулату пропорциональности, причем U должен быть пропорционально вт. Удовлетворяет ему также и логарифмич. правило смешения; в самом деле, если
F — /Л Р®2
Ь7П ~ Ь1 ь2 >
ТО
em^Xqesf1 (qB2f2;
а так как
#ι + #2=1,
то
£т ~ qsm·
Логарифмич. правило смешения обладает также выгодным свойством выражать взаи-мообратные вещественные характеристики смеси одним и тем же формальным соотношением. Но это правило относится только к вполне беспорядочному распределению, то есть соответствует частному случаю Винера, когда параметр (7=1. Кроме постулата пропорциональности Винером установлено еще важное общее положение, касающееся смесей и представляющее ценность при различных расчетах. Оно состоит в том,что среднее значение силы поляризации (смещения) и энергии в простом теле, к-рое по своему действию на внешнее поле должно заменять смешанное тело, остается тем же, что и в самом смешанном теле. Теория, развитая Винером, при распространении ее на оптические свойства анизотропных смешанных тел, объясняет ряд явлений в области двойного лучепреломления, наблюдаемых в П. м. Явления эти позволяют судить о строении П. м., как это показано А. Фреем (1924— 1926 гг.). Дальнейшие подробности о П.м. см. в статьях Пластичность, Наполнители, Пластификаторы, Смолы, Каучук, Казеин, Галалит, Бакелит, Карболит, Целлюлоид, Поллопас, Изоляционные материалы, Диэлектрики.
Лит.: Ушакове. Н., Искусственные смолы и их применение в лаковой промышленности, Л., 1929; Флорен-ский П.А., Диэлектрики и их техническое применение, М., 1924; Зоммерфельд А.,
Современные электроизолирующие материалы, M., 1930; Флоренский П. А., Карболит, «Труды ГЭЭИ», М., 1928, вып. 21; У ш а к о в С. Н., Обзор современного состояния промышленности пластических масс, «Химия и хозяйство», Л., 1930, т. 8—9 и 10—11; Петров Г. С., Продукты конденсации фенолов с альдегидами и их диэлектрические свойства, «Труды Хим. ин-та им. Карпова», М., 1923; Кузьмин А. И., Промышленность пластических масс и перспективы ее развития в СССР, «Пути индустриализации», М., 1931,12; Ушаков С. Н., Обзор иностранной журнальной и патентной литературы в области пластических масс, «Бюллетень Пластмасстроя», М., 1931, 1—2; Ellis С., Synthetic Resins a. Their Plastics, Ν. Y., 1923; Scheiber J.u.S ϊη d i g К., Die kiinstiichen Harze, Stg., 1929; Hemming E., Plastics a. Molded Electrical Insulation, Ν. Y., 1923; Bottler M., Dber Herstellung u. Eigenschaften von Kunstharzen, Mch., 1919; С 1 6 m e n t et Riviere, Les mati6res plastiques et les soles artificielles, P. 1924; Sommerfeld A., Gummifreie Isolierstoffe, Beilin, 1927; Petr off G. S., Karbolit, ein Konden-sationsproduct von Phenole u. Aldehiden, «Kunststof-fe», Miinchen, 1926, Jg. 16, 4; «British Plastics», London, 1931; «Plastics», New York, 1930—31; «Kunst-stoffe», Miinchen. П. Флорвнсний.