Материаловедческий анализ тостера

Основные способы переработки  — формование методами экструзии, вакуум- и пневмоформования, экструзионно-выдувного, инжекционно-выдувного, инжекционного, компрессионного формования, литье  под давлением.

 

 

2.3. Описание и свойства  полиэтилена.

Полиэтилен — термопластичный полимер этилена. Является органическим соединением и имеет длинные молекулы …—CH2—CH2—CH2—CH2—…, где «—» обозначает ковалентные связи между атомами углерода. Самый распространённый в мире пластик.

Представляет собой воскообразную  массу белого цвета (тонкие листы  прозрачны и бесцветны). Химически- и морозостоек, изолятор, не чувствителен к удару (амортизатор), при нагревании размягчается (80—120°С), при охлаждении застывает, адгезия (прилипание) — чрезвычайно  низкая. Иногда в народном сознании отождествляется с целлофаном —  похожим материалом растительного  происхождения.

Изобретателем полиэтилена  считается немецкий инженер Ганс фон Пехманн, который впервые  случайно получил этот продукт в 1899 году. Однако это открытие не получило распространения. Вторая жизнь полиэтилена  началась в 1933 году благодаря инженерам  Эрику Фосету и Реджинальду Гибсону. Сначала полиэтилен использовался  в производстве телефонного кабеля и лишь в 1950-е годы стал использоваться в пищевой промышленности как  упаковка.

Полиэтилен низкого давления (ПЭНД), или Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП), образуется при следующих  условиях:

• температура 120—150 °C;
• давление ниже 0.1 — 2 МПа;
• присутствие катализатора (катализаторы Циглера—Натта, например, смесь TiCl4 и AlR3);

Полимеризация идёт в суспензии  по ионно-координационному механизму. Получаемый по этому методу полиэтилен имеет средневесовой молекулярный вес 80 000—3 000 000, степень кристалличности 75-85 %.

Следует иметь в виду, что названия «полиэтилен низкого  давления», «среднего давления», «высокой плотности» и т. д. имеют чисто  риторическое значение. Так, полиэтилен, получаемый по 2- и 3-му методам, имеет  одинаковую плотность и молекулярный вес. Давление в процессе полимеризации  при так называемых низком и среднем  давлениях в ряде случаев одно и то же.

Устойчив к действию воды, не реагирует с щелочами любой  концентрации, с растворами нейтральных, кислых и основных солей, органическими  и неорганическими кислотами, даже концентрированной серной кислоты, но разлагается при действии 50%-ой азотной кислоты при комнатной  температуре и под воздействием жидкого и газообразного хлора  и фтора.

При комнатной температуре  нерастворим и не набухает ни в  одном из известных растворителей. При повышенной температуре (80 °C) растворим  в циклогексане и четырёххлористом углероде. Под высоким давлением  может быть растворён в перегретой до 180 °C воде.

Со временем, деструктурирует  с образованием поперечных межцепных  связей, что приводит к повышению  хрупкости на фоне небольшого увеличения прочности. Нестабилизированный полиэтилен на воздухе подвергается термоокислительной деструкции (термостарению). Термостарение  полиэтилена проходит по радикальному механизму, сопровождается выделением альдегидов, кетонов, перекиси водорода и др.

Полиэтилен низкого давления (ПЭНД), или высокой плотности (HDPE)², применяется при строительстве полигонов переработки отходов, накопителей жидких и твёрдых веществ, способных загрязнять почву и грунтовые воды.

 

Применение полиэтилена  достаточно широко:

• Полиэтиленовая плёнка (особенно упаковочная, например, пузырчатая упаковка или скотч),
• Тара (бутылки, банки, ящики, канистры, садовые лейки, горшки для рассады)
• Полимерные трубы для канализации, дренажа, водо-, газоснабжения.
• Электроизоляционный материал.
• Полиэтиленовый порошок используется как термоклей.
• Броня (бронепанели в бронежилетах).
• Корпуса для лодок, вездеходов, деталей технической аппаратуры, диэлектрических антенн, предметов домашнего обихода и др.

Малотоннажная марка полиэтилена  — так называемый «сверхвысокомолекулярный полиэтилен», отличающийся отсутствием  каких-либо низкомолекулярных добавок, высокой линейностью и молекулярной массой, используется в медицинских  целях в качестве замены хрящевой ткани суставов. Несмотря на то, что  он выгодно отличается от ПЭНД и  ПЭВД своими физическими свойствами, применяется редко из-за трудности  его переработки, так как обладает низким ПТР и перерабатывается только литьём.

 

 

Рисунок 3. Международный знак вторичной переработки для полиэтилена высокой плотности.

Полиэтилен (кроме сверхвысокомолекулярного) перерабатывается всеми известными для пластмасс методами, такими как  экструзия, экструзия с раздувом, литьё под давлением, пневматическое формование. Экструзия полиэтилена  возможна на оборудовании с установленным  «универсальным» червяком.

Изделия из полиэтилена пригодны для переработки и последующего использования.

При нагревании полиэтилена  выше 140 °С возможно выделение в воздух летучих продуктов термоокислительной деструкции, содержащих уксусную кислоту, формальдегид (оказывает общетоксичное  действие), ацетальдегид (вызывает раздражение  слизистых оболочек верхних дыхательных  путей, удушье, резкий кашель, бронхиты, воспаление легких), оксид углерода (вызывает удушье).

2.4. Описание и свойства  нержавеющей стали.

Нержавеющая сталь — легированная сталь, устойчивая к коррозии в атмосфере  и агрессивных средах.

В 1913 году Гарри Бреарли, экспериментировавший с различными видами и свойствами сплавов, обнаружил способность стали с высоким содержанием хрома сопротивляться кислотной коррозии.

Основной легирующий элемент  нержавеющей стали — хром Cr (12-20 %); помимо хрома, нержавеющая сталь  содержит элементы, сопутствующие железу в его сплавах (углерод, кремний, марганец, сера, фосор), а также элементы, вводимые в сталь для придания ей необходимых физико-механических свойств и коррозионной стойкости (никель, медь, кремний, титан, ниобий).

Сопротивление нержавеющей  стали к коррозии напрямую зависит  от содержания хрома: при его содержании 13 % и выше сплавы являются нержавеющими в обычных условиях и в слабоагрессивных средах, более 17 % — коррозионностойкими  и в более агрессивных окислительных  и других средах, в частности, в  азотной кислоте крепостью до 50 %.

Причина коррозионной стойкости  нержавеющей стали объясняется, главным образом, тем, что на поверхности  хромсодержащей детали, контактирующей с агрессивной средой, образуется тонкая плёнка нерастворимых окислов, при этом большое значение имеет  состояние поверхности материала, отсутствие внутренних напряжений и  кристаллических дефектов.

В сильных кислотах (серной, соляной, фосфорной и их смесях) применяют  сложнолегированные сплавы с высоким  содержанием никеля и присадками молибдена, меди, кремния.

 

Применение нержавеющей  стали:

• Клапаны гидравлических прессов;
• Турбинные лопатки;
• Арматура крекинг-установок;
• Режущий инструмент;
• Пружины;
• Бытовые предметы;
• Хромоникелевые и хромомарганцевоникелевые нержавеющие стали
• Бытовые предметы, в частности, столовая посуда (пищевые марки стали)
• Стабилизированные аустенитные нержавеющие стали
• Сварная аппаратура, работающей в агрессивных средах
• Изделия, работающие при высоких температурах — 550—800 °C
• Пищевая промышленность;
• Нержавеющие стали используются как в деформированном, так и в литом состоянии.

 

3. ВНУТРЕННИЕ ДЕТАЛИ ТОСТЕРА.

К внутренним деталям тостера  Philips HD 2566 относятся:

• 4 ленты электронагрева (Инвар);
• Решетка защиты лент (Нержавеющая сталь);
• Пружина-выбрасыватель (Нержавеющая сталь);
• Блокировка выбрасывателя (Нержавеющая сталь);
• Соединяющие провода (Медь).

 

3.1. Описание и свойства  инвара.

Инвар (лат. invariabilis — неизменный) — сплав, состоящий из никеля (Ni, 36 %) и железа (Fe, остальное). Именуется  как FeNi36, 64FeNi в США, российские аналоги именуются по ГОСТ как 36Н.

«Invar» — зарегистрированная торговая марка компании ArcelorMittal, но сплавы с таким составом изготавливаются  и другими компаниями.

Первый из открытых инварных сплавов, был найден швейцарским  ученым Ш. Гийомом в 1899 году. В 1920 году он получил Нобелевскую премию по физике за открытие важного сплава для производства точных инструментов и приборов.

Инвар имеет однофазную внутреннюю структуру. Плотность 8130 кг/м³, температура  плавления 1425 °C. Сплав обладает малым  температурным коэффициентом линейного  расширения и практически не расширяется  в интервале температур от −100 до +100 °C. Коэффициент теплового расширения 1,2·10−6/°C на промежутке от −20 до 100 °C. Очень  чистые сплавы (Co < 0,1 %) имеют еще  меньший коэффициент линейного  расширения 0,62—0,65·10−6/°C.

Эффект исчезновения теплового  расширения материала возникает  в связи с тем, что магнитострикция  точно компенсирует тепловое расширение.

Разные прецизионные сплавы имеют различные характеристики:

• 32НК-ВИ (англ. Inovco) (Ni — 33 %, Co — 4,5 %, Fe — остальное) в отоженном состоянии имеет температурный коэффициент линейного расширения α не более 1,5·10−6/°C (в диапазоне −60 — 100 °C). Особо чистые сплавы имеют α до 0,55·10−6/°C (в диапазоне 20 — 100 °C).[1]
• 42Н (англ. NILO, FeNi42), содержащий 42 % никеля имеет α ≈ 5,3·10−6/°C, такой же как и у кремния, что позволяет широко использовать его в электронике.
• 29НК (англ. Kovar и англ. Dilver P) (Co 17 %, Ni 29 %, Fe — остальное) имеют температурный коэффициент линейного расширения как и у боросиликатного стекла, поэтому применяются в оптике, которая может работать в широком диапазоне температур, например на спутниках.

Используется в точном приборостроении для изготовления мерных проволок в геодезии, эталонов длины, деталей часовых механизмов (маятников хронометров, пружин), деталей  барографов и высотомеров и др. Применялся в трубе космического телескопа «Астрон». Стоек против коррозии, хорошо обрабатывается.

 

3.2. Описание и свойства  меди.

Медь — элемент побочной подгруппы первой группы, четвёртого периода периодической системы  химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 29. Обозначается символом Cu (лат. Cuprum). Простое вещество медь (CAS-номер: 7440-50-8) — это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). C давних пор широко применяется человеком.

Медь — один из первых металлов, широко освоенных человеком  из-за сравнительной доступности  для получения из руды и малой  температуры плавления. В древности  применялась в основном в виде сплава с оловом — бронзы для  изготовления оружия и т. п. (см бронзовый  век).

Латинское название меди Cuprum (древн. Aes cuprium, Aes cyprium) произошло от названия острова Кипр, где уже  в III тысячелетии до н. э. существовали медные рудники и производилась  выплавка меди.

Медь — золотисто-розовый  пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая  придаёт ей характерный интенсивный  желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой  цвет.

Наряду с осмием и золотом, медь - один из трех металлов, имеющих  явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов. Этот цветовой оттенок объясняется  наличием электронных переходов  между заполненной третьей и  полупустой четвертой атомными орбиталями: разница между ними соответствует  длине волны оранжевого света. Тот  же механизм отвечает за характерный  цвет золота.

Медь образует кубическую гранецентрированную решётку, пространственная группа F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4.

Медь обладает высокой  тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности после серебра). Удельная электропроводность при 20 °C 55,5-58 МСм/м. Медь имеет относительно большой температурный коэффициент сопротивления: 0,4 %/°С.

Имеет два стабильных изотопа  — 63Cu и 65Cu, и несколько радиоактивных  изотопов. Самый долгоживущий из них, 64Cu, имеет период полураспада 12,7 ч  и два варианта распада с различными продуктами.

Существует ряд сплавов  меди: латуни — с цинком, бронзы —  с оловом и другими элементами, мельхиор — с никелем, баббиты  — со свинцом и другие.

Из-за низкого удельного  сопротивления (уступает лишь серебру, удельное сопротивление при 20 °C 0,01724-0,0180 мкОм·м), медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках энергосберегающих электроприводов (быт: электродвигателях) и силовых трансформаторов. Для этих целей металл должен быть очень чистый: примеси резко снижают электрическую проводимость. Например, присутствие в меди 0,02 % алюминия снижает её электрическую проводимость почти на 10 %.