Методическая разработка открытого урока "Пластические массы"
методическая разработка

Методическая разработка

открытого урока

тема:  Пластические массы

учебная дисциплина: Материаловедение

специальность: 23.02.01 Организация перевозок и управление на транспорте

                                                                     (по видам)

разработчик:

Голубина Марина Анатольевна,

преподаватель высшей квалификационной категории

2022 год

Тема урока: Пластические массы.

Цели:

Образовательные:

     • Мотивация обучающихся к изучению материаловедения, как одной из базовых профессиональных учебных дисциплин при освоении специальности «Организация перевозок и управление на транспорте» специализация- воздушный транспорт.

    • изучение строения и классификации пластмасс, их получения,

    • формирование понятия об основных свойствах пластмасс и их преимуществах по сравнению с металлическими конструкционными материалами.

 Развивающие:

    • Развитие у обучающихся умения связывать уже имеющиеся знания с вновь приобретенными, умения анализировать и выделять главное в изученном материале.

Воспитательные:  

    • Воспитание устойчивого интереса к профессиональным техническим дисциплинам.

   • Развитие профессиональной грамотности и кругозора, стремления к творческой, познавательной деятельности

Тип: изучение нового материала

Вид: комбинированный урок

Методы: объяснительно-иллюстративный с элементами беседы, репродуктивный, (ИКТ), проблемно-сообщающие, частично-поисковые, исследовательский

Оборудование:

•   методическая разработка урока,

•   компьютер, проектор, экран;

•   электронные носители с тематической информацией: компьютерная  

    презентация, вариант тестового задания.

План проведения занятия

1. Организационный момент -  5 мин.

     Сообщение темы и постановка целей урока  

II.     Актуализация знаний - 15 мин.

Повторение изученного учебного материала в форме фронтального опроса:

Вопрос 1. Перечислить металлические сплавы, изученные ранее.

 Вопрос 2. Дать характеристику углеродистым и легированным сталям.

Вопрос 3. Дать определение и перечислить виды чугунов.

Вопрос 4. Назвать медные славы и дать им характеристику.

III. Изложение учебного материала по плану   - 25 мин.                       

      Изложение нового учебного материала сопровождается демонстрацией презентации.

                             Лекция по теме: «Пластические массы».

                                                     План урока:

1.  Общие сведения о пластмассах, исходные материалы для их получения.

2.  Преимущества и недостатки пластмасс по сравнению с металлическими

     конструкционными материалами.

3.   Состав пластмасс.  

4.   Классификация пластмасс.

                   Вопрос 1.     Общие сведения о пластмассах,

                                   исходные материалы для их получения.

     Пластмассы – это неметаллические материалы, получаемые на основе полимеров и перерабатываемые в изделия методами пластической деформации.  Исходные материалы для получения пластмасс – дешёвые природные вещества: продукты переработки каменного угля, нефти, природного газа и др.

Пластмассы все шире внедряются в быт и технику, так как по многим свойствам превосходят традиционные материалы (металлы, древесину, стекла и др.).

                  Вопрос 2. Преимущества и недостатки пластмасс по сравнению с

                                           металлическими конструкционными материалами.

    Преимущества пластмасс   перед металлическими конструкционными материалами :

-  снижение веса и трудоёмкости оборудования: В среднем пластмассы в 2 раза легче алюминия, в 5–7 раз легче стали, меди, свинца и т.д.  Ультралегкими и в то же время плохими проводниками теплоты являются пено- и поропласты.

-  улучшение внешнего вида: Внешний вид пластмассовых изделий задается качеством изготовления оснастки (пресс-форм) и цветом исходного материала, который корректируется добавляемыми пигментами. Как правило, изделия получаются блестящими, гладкими, твердыми и дополнительной обработки не требуют кроме удаления следов от литников.

-  экономия цветных и черных металлов: доступность сырья, которым может служить уголь, нефть, известь, воздух и др.; неисчерпаемость запасов указанного сырья;

-  химическая стойкость: Пластмассы довольно коррозионно-стойки в отличие от металлов и противостоят не только атмосферным воздействиям, но и разным кислотам, щелочам, солям, растворителям. Особенно стойкими к воздействию многих химических веществ являются фторопласт-3 и фторопласт-4, относительно стойкими считаются полиэтилен низкого (НД) и высокого (ВД) давления.

-  электроизоляционные свойства: По электрическим свойствам пластмассы являются диэлектриками (изоляторами), хорошо работают в высокочастотных устройствах, а с учетом их физико-механических качеств просто незаменимы в радиотехнике, устройствах связи, генераторах токов высокой частоты и др.

-  оптические свойства (орг.стекло, полистирол прозрачны и бесцветны), Пластмассы характеризуются высокими оптическими свойствами. Например, органическое стекло пропускает примерно 73 % УФ-излучения, а обычное силикатное стекло — всего 1 … 3 %. Кроме того, полистирол, поликарбонат, органическое стекло пропускают лучи света в широком диапазоне волн, они бесцветны, прозрачны и механически достаточно прочны, поэтому нашли широкое применение в машиностроении и в оптике.

-  удельная механическая прочность. Специальное испытание на механическую прочность пластмасс называется прочностью при ударном изгибе.

-  снижение затрат на изготовление: простота переработки пластмассы известными способами формообразования: литьем под давлением, штамповкой, прессованием, экструзией, каландрированием и т.д., а также низкая стоимость изготовления пресс-форм делают производство изделий высокопроизводительным и дешевым;

Следует также отметить, что коэффициент использования пластмассы составляет 0,95 … 0,98, металлов при литье — 0,6 … 0,8, а при механической обработке резанием всего лишь 0,2 … 0,6.

-  антифрикционные свойства (ДСП, капрон, текстолит заменяют бронзу  и баббит в подшипниках скольжения), износостойкость капрона выше в 10–20 раз износостойкости бронзы и баббита при смазке и в 100–160 раз при сухом трении. У антифрикционных пластмасс (фторопластов, полиамидов, полиформальдегида) коэффициент трения 0,14 без смазки и 0,01 при смазке маслом или водой. Пластмассы хорошо противостоят изнашиванию (например, линолеум на основе поливинилхлоридной смолы). Наиболее эффективный антифрикционный материал — металлофторопласт — представляет собой стальную ленту толщиной 1,2 … 2,5 мм с покрытием, состоящим из фторопласта и пленки дисульфида молибдена толщиной 0,02 мм.

У фрикционных пластмасс (фенопластов с асбестовым наполнителем) коэффициент трения 0,3 … 0,8 и при этом изнашивание трущихся поверхностей незначительно. Пластмассы с большим коэффициентом трения используются в тормозных устройствах.

     Недостатки:

-  низкая теплостойкость  ( -60  + 200 С ) ( фторопласт  300-400С).

Теплостойкость пластмасс различна. Большинство их удовлетворительно работают в интервале температур от −60 до +80 °С (термопласты) или +120 °С (реактопласты). Рабочие температуры пластмасс на кремнийорганической основе значительно выше — до 200 °С и более. Наибольшую морозоустойчивость имеет фторопласт-4 — до −269 °С. Такие материалы, как винипласт и полипропилен, при температуре ниже −20 °С становятся хрупкими.

-  низкая теплопроводность: Теплопроводность пластмасс в 500–600 раз ниже теплопроводности металлов. Пенопласты примерно в 10 раз менее теплопроводны по сравнению с монолитными отливками из тех же пластмасс и поэтому нашли применение в промышленности как теплоизоляторы. Для повышения теплопроводности в пластмассы добавляют теплопроводящие наполнители (графит, металлические порошки).

-  низкая твердость и жесткость,

-  ползучесть (особенно у термопластов), - это свойство твердых полимерных тел медленно накапливать деформации при воздействии постоянных напряжений.

-  старение (теряют свойства под действием температуры, влажности, света, воды).

Да, по механическим свойствам пластмассы уступают металлам, но по условному показателю (отношению предела прочности к плотности) пластмассы превосходят лучшие марки сталей.

                                          Вопрос 3.  Состав пластмасс.  

Основой пластмасс являются смолы -  высокомолекулярные органические соединения

     (эпоксидные, кремнийорганические, фенолформальдегидные).

Эпоксидные смолы — полимеры, получаемые поликонденсацией эпи- или дихлоргидрина и двух- или полиатомных фенолов в щелочной среде. При добавке аминов (полиэтиленполиамина) в эпоксидную смолу она отверждается при комнатной температуре.

Эпоксидные смолы используют в качестве клеев холодного и горячего отверждения для склеивания многих материалов. На их основе изготовляют заливочные компаунды, пресс-материалы и др.

Кремнийорганические смолы — полимеры, получаемые поликонденсацией акрилхлорсиланов. Обычно эти смолы находятся в жидком состоянии, т. е. в стадии резола; при нагревании до 150 … 260 °С кремнийорганическая смола переходит в стадию резита, т. е. находится в твердом неплавком и нерастворимом состоянии.

Кремнийорганические смолы применяют в качестве высокотермостойких электроизоляционных лаков, водоотталкивающих покрытий и для производства пресс-материалов, перерабатываемых литьевым прессованием в изделия высокой термостойкости (250 … 350 °С).

Фенолформальдегидные смолы — синтетические полимеры, получаемые поликонденсацией фенола или его производных (крезола, ксилола) с формальдегидом в присутствии кислых или щелочных катализаторов.

Разновидностью фенолформальдегидной смолы является новолачная фенолформальдегидная смола, используемая для приготовления пресс-порошков, клеев, лаков и др.

    Кроме смолы   пластмассы   состоят    из: наполнителя, пластификатора, стабилизатора, красителя и др.  добавок.

   Наполнители улучшают мех. свойства, снижают усадку при прессовании, придают специальные свойства.  Они м/б органическими (древесная мука, хлопковые очёсы, целлюлоза, бумага, х/б ткань, древесный шпон); и неорганические (асбест, графит, стекловолокно, стеклоткань, кварц).  Содержание наполнителей от 40 до 70%.

Для теплоизоляционных материалов часто используют газонаполненные полимеры -  пенопласты и поропласты.

   Пластификаторы увеличивают пластичность и текучесть, улучшают морозостойкость и огнестойкость, облегчают прессование (дибутилфталат, трикрезилфталат).

   Стабилизаторы предотвращают разложение полимеров во время их переработки и эксплуатации под действием атмосферных условий, повышенных температур и т.д.  Например, для стабилизации полиэтилена используют ароматические амины, фенолы, сернистые соединения.

   Красители бывают минеральные: мумия (красный), охра (желтый), умбра (коричневый), липотон (белый), крон; органические: нигрозин, родамин (зеленый).

   Смазочные вещества – снижают вязкость и предотвращают прилипание пресс-материалов к стенкам пресс-форм: стеарин, олеиновая кислота, трансформаторное  масло.

   Отвердители способствуют отвердению термореактивных пластмасс: уротропин,  оксиды  некоторых  металлов.

                        Вопрос 4. Классификация пластмасс.

          I. В зависимости от поведения смолы при нагреве пластмассы делят на  :

*  термореактивные  ( реактопласты ),  кот. под действием тепла и давления  переходят в твёрдое, неплавкое и нерастворимое состояние. Они не могут быть вторично переработаны.  Работают до 200-350.

    Например: волокниты (с хлопк.целлюлозой) – для втулок, фланцев; асбоволокниты – теплостойки, с высокими фрикционными свойствами;

   гетинакс (с бумагой) – для внутренней отделки транспотрных средств (до 140); Гетинакс — слоистый пластик на основе бумаги и термореактивного связующего (фенолформальдегидной смолы), является диэлектриком, его плотность 1 200 … 1 400 кг/м3.

  текстолит  -  с антифрикционными  и  виброгасящими свойствами – для подшипников скольжения, корпусных деталей  ;  Текстолит — слоистый пластик из природного волокна (хлопкового) и полимерного связующего (фенолформальдегидной смолы) плотностью 1 300 … 1 450 кг/м3. Вырабатывается текстолит в виде листов, стержней, труб и используется в промышленности для изготовления зубчатых колес, шкивов, втулок, вкладышей подшипников, электротехнических деталей.

 * термопластичные (термопласты), которые под действием тепла плавятся, а при    

   охлаждении затвердевают. Они могут быть переработаны неоднократно.

   Например:

- полиэтилен – не растворяетя ни в одном растворителе (-70+100С), Полиэтилен —— прочен при растяжении, эластичен, хороший диэлектрик, устойчив против действия растворов щелочей, соляной, плавиковой и органических кислот, а также радиоактивного излучения.

- ПВХ (поливинилхлорид) – для ящиков, ёмкостей;

 винипласт (-10+70) –на основе ПВХ; полиамиды (капрон, нейлон, лавсан) – антифрикционны, прочны на удар и изгиб, тверды, морозостойки;

-  полистирол -  прозрачен, но трескается; Полистирол — твердый продукт полимеризации стирола плотностью 1 050 кг/м3, обладает низкими значениями прочности и теплостойкости, хороший диэлектрик, стоек в воде, разбавленных растворах кислот и щелочей, дешев и поэтому используется в промышленности для производства пенопластов, корпусов радио- и телеаппаратуры.

-  поликарбонаты – прочны, прозрачны, жаро- и теплостойки -  для фонарей, посуды, тары для жидкостей; пенопласты – химически стойки; органическое стекло (полиметилметакрилат) – до (-60С) -  сваривается, клеется.

                      II.   В зависимости от наполнителя пластмассы делят на:

1)   композиционные (порошкообразные и волокнистые)

2)   слоистые.

   К порошкообразным относятся :

-   пресспорошки  (наполнитель – древесная  мука)

-   графитопласты (наполнитель – графит) придают  токопроводящие  свойства

-   аминопласты (наполнитель-  целлюлоза)  устойчивы  к спирту, ацетону, керосину

   В  волокнистых  наполнителем  м/б  х/б очёсы,  асбест, стекловолокно, каолиновое  волокно (для особо высокой теплостойкости).

   Например: асбоволокниты :  фаолин  -  применяют в качестве теплозащитного  покрытия и кислотоупорного материала ;   асбовинил -  футеровочный материал, работающий с кислотами.

   Слоистые пластмассы -  это материалы, получаемые при соединении между собой наложенныхдруг на друга нескольких слоёв волокнистых наполнителей (ткани, бумаги, древесины), пропитанных искусственными смолами.

 Например:  

гетинакс – слоистая пластмасса на основе феноло-формальдегидной смолы и листов бумаги (электроизоляционный материал),

текстолит (наполнитель х/б ткань) - заменяет цветные металлы для вкладышей подшипников прокатных станов, асботекстолит -  с асбестовой тканью, древеснослоистая пластмасса (ДСП) -  древесный шпон, пропитанный смолой и спрессованный.

IV. Закрепление, обобщение и систематизация знаний   – 10 мин.

     Для обобщения, систематизации и первичное закрепления учебного материала студентам предлагаются задания для самостоятельной работы:

Задание 1. Какие преимущества имеют пластмассы по сравнению с                                              

                   металлическими конструкционными материалами?

Задание 2.  Можно ли вторично перерабатывать пластмассы?

Задание 3.  Проводят ли пластмассы электрический ток?

V. Контроль усвоения учебного материала – 20 мин. 

Контроль усвоения учебного материала проводится в форме тестирования. Работа выполняется в статичных парах с последующей взаимопроверкой выполненных заданий. Для фиксации ответов студенты получают карточки.

                                                         Тест.

 1.   Какое из перечисленных свойств пластмасс является недостатком их по сравнению с металлическими конструкционными материалами?

        а) оптические свойства

        б) электроизоляционные свойства

        в) низкая теплопроводность

 2.   Что является основой пластмасс?

                      а) пластификаторы    б) смолы        в) красители

3. Из перечисленных полимерных материалов выбрать газонаполненный

                      а) графитопласт     б) аминопласт     в) пенопласт

4. Что добавляют в пластмассы для улучшения их механических свойств?

               а) стабилизаторы     б) наполнители    в) смазочные вещества

5.  Выбрать пластмассы, обладающие токопроводящими свойствами.

                    а) аминопласты    б) асбоволокниты    в) графитопласты

6.  Какие пластмассы можно перерабатывать вторично?

         а) реактопласты      б) термопласты   в) реактопласты и термопласты

7.  Какие пластмассы можно перерабатывать вторично?

          а) реактопласты     б) термопласты   в) реактопласты и термопласты

8. Что добавляют в пластмассы для увеличения пластичности, улучшения

      морозостойкости, облегчения прессования?

                 а) стабилизаторы   б) наполнители     в) смолы

                           VI.    Домашнее задание   - 5 мин.

Работа с электронным учебным курсом «Материаловедение»

на базе информационной платформы “Цифровой колледж Подмосковья”.

ЗАЙТИ НА ПЛАТФОРМУ «ЦИФРОВОЙ КОЛЛЕДЖ ПОДМОСКОВЬЯ»

ВЫБРАТЬ ОКНО «ЭЛЕКТРОННОЕ ОБУЧЕНИЕ»

ВЫБРАТЬ КУРС «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ» (ОБЩЕПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ)

ВОЙТИ В РАЗДЕЛ «УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

ГЛАВА 4. НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

                ПОЛИМЕРЫ И ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ. ЗАДАНИЯ 1-3.

VII. Подведение итогов урока.  Рефлексия   -  10 мин.

         Оценка работы студентов.

                                                   Литература:

 1. А.М. Адаскин,  В.М. Зуев  Материаловедение (металлообработка),  М.,  Академия, 2015  

 2.  Н.Н. Воронин, Д.Г. Евсеев, В.В. Засыпкин Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник, «Маршрут», 2016

 3. В.Н.Заплатин, Ю.И. Сапожников, А.В. Дубов Справочное пособие по материаловедению (металлообработка), Академия, 2017

4. http://fcior.edu.ru