Владислав Пристинский - 100 знаменитых изобретений
1) пластмассы намного легче железа. При создании новых самолетов, автомобилей, кораблей, машин и механизмов, бытовых приборов и других конструкций это крайне важно: возрастают грузоподъемность, производительность, мощность, экономится топливо;
2) пластмассы не ржавеют, а из-за коррозии железа и стали почти треть ежегодно добываемого металла идет на замену проржавевшего;
3) трущиеся детали из пластмасс работают гораздо бесшумнее металлических, требуют меньше смазочных материалов или не требуют их вовсе. Это, в конечном итоге, тоже экономит энергию;
4) существует еще одна причина, пожалуй, наиболее важная: практически в любой отрасли промышленности, где для производства различных изделий применяют синтетические полимеры, они обеспечивают рост производительности труда, позволяют снизить энергетические и материальные затраты.
Пластмассы успешно заменяют дерево, натуральные волокна, керамику. Изделия из них легче формовать, производство пластмасс дает меньше отходов, они более долговечны. Помимо того, из-за резкого возрастания населения Земли возникла нехватка натуральных материалов.
Сырье для производства полимеров станет (или уже стало) дефицитным, поэтому нужно научиться его экономить. Ученые уже сейчас работают над этой проблемой в четырех направлениях.
1. Упрочнение материала для уменьшения его расхода. Из более прочного материала можно сделать изделие с более тонкими стенками, более тонкую пленку или волокно. Одно из основных направлений повышения прочности – создание композитов. Не исчерпаны также резервы повышения качества полимеров за счет направленной кристаллизации, ориентации.
В качестве примера можно взять полиэтилен.
Полиэтиленовая пленка легко рвется, ее прочность при растяжении всего 20 МПа. Но специально ориентированные при вытяжке высококристаллические волокна и пленки из полиэтилена могут иметь прочность до 200 МПа.
2. Стабилизация для увеличения срока службы. Полимерам не страшна ржавчина, но им свойственно старение. Под действием ультрафиолетовых лучей, кислорода воздуха, влаги они темнеют, растрескиваются, становятся хрупкими. Со старением полимеров борются, вводя в них различные стабилизаторы – добавки, замедляющие процессы старения. Полиэтиленовая пленка без стабилизаторов служит один сезон, стабилизованная – три сезона. Хотя стоимость стабилизаторов высока.
3. Утилизация отходов. Отходы полиэтиленовой пленки собирают и пускают на вторичную переработку. Вторичный полиэтилен уступает по свойствам «свежему», но находит широкое применение. «Вторичный» капрон получают из чулок и носков.
Изделия из реактопластов нельзя вновь расплавить. Сначала ученые искали способы их разложения химическими или биологическими методами. Но это энергетически не выгодно. Возможный путь – использование размолотых полимеров в виде наполнителей для композитов.
4. Наполнить для того, чтобы разбавить. Во многих случаях в полимерные материалы можно вводить дешевые минеральные наполнители: мел, тальк, глиноземы, песок, цементную пыль, вулканическое стекло, отходы производства волокон и т. п. Многие из этих веществ уже используют для наполнения реактопластов. Когда полимер образует трехмерную сетку, он цепко удерживает частицы наполнителя. Материал при этом приобретает прочность, твердость, расход полимера снижается.
Теперь на очереди наполнение термопластов. Здесь задача посложнее: линейные полимеры слабо взаимодействуют с неорганическими наполнителями, и материалы, содержащие 30–50 % наполнителя, получаются хрупкими. Для решения этой проблемы предложены добавки поверхностно-активных веществ, которые заметно улучшают взаимодействие между полимером и частицами наполнителя. Небольшие (около 1 %) добавки этих веществ позволяют получать наполненные термопласты с хорошими механическими свойствами.
Перспективным является метод так называемой механохимической обработки. В этом случае частицы наполнителя подвергают размолу в быстродействующей аппаратуре (шаровые или струйные мельницы, дезинтеграторы) в присутствии полимеров или мономеров. При разламывании твердой частицы на ее поверхности образуются химически активные группы, способные взаимодействовать с полимером. Если наполнитель сначала подвергнуть размолу, а затем смешать с полимером, то прочностные показатели такой композиции будут на 25–40 % ниже показателей композиции, полученной механохимическим способом.
Еще больше надежд ученые возлагают на способ полимеризационного наполнения. В этом случае с наполнителем смешивают мономер, жидкий или газообразный. Предварительно на поверхности наполнителя тем или иным химическим способом закрепляют молекулы катализатора. Затем создают такие условия, чтобы макромолекулы полимера вырастали непосредственно на поверхности частиц наполнителя. Получается композит, в котором неорганический наполнитель химически связан с органическим полимером. Прочностные показатели такой композиции будут на 25–40 % ниже показателей композиции, полученной механохимическим способом.
В результате технической революции пластмассы практически во всех отраслях промышленности потеснили традиционные природные материалы.
Плуг
С переходом к земледелию у людей возникла потребность в специальных орудиях для обработки почвы. Первым таким орудием стала деревянная мотыга, позже замененная металлической.
На смену мотыге пришла соха. Первоначально она изготавливалась целиком из дерева, затем стала снабжаться железными наконечниками.
Железные сошники (лемеши или лемехи) служили для горизонтального подрезания пласта земли, который затем приподнимался ими и передвигался на полицу или отвал. Каждый из них имел носок, перо и трубку, или трубницу. Коловые сошники имели очень узкое перо (4,5–5 см) или совсем его не имели. Перовые сошники были шире коловых (15 см). Перо у них имело вид прямоугольного треугольника. Трубница состояла из верхней поверхности и обхватов, при помощи которых сошник насаживался на «ногу» – нижнюю суженную часть раздвоенной внизу рассохи. Сошники устанавливались рядом не горизонтально к почве, а в наклонном положении. Расстояние между ними в простой сохе обычно равнялось примерно 4,5 см. Поверхность сошников не лежала в одной плоскости, но составляла желобок, чтобы пласт подрезался и сбоку. Длина обоих сошников была одинакова и вместе с трубницей обычно составляла 33 см.
Рассоха – главная часть корпуса сохи – представляла собой длинную деревянную доску с раздвоенными внизу ногами, на которые насаживались сошники. Рассоха укреплялась верхней частью между корцом и вальком или вдалбливалась в рогаль, а именно ниже середины своей длины подтягивалась под углом 42–50° неподвижно к оглоблям подвоями. Внизу рассоха загибалась сильно вперед. Эта изогнутость была различна в разных конструкциях. Глубина вогнутости доходила возле бородки до 18 см. Длина всей рассохи вместе с плечами обычно равнялась 117 см.
Полица служила для поднятия и переворачивания подрезанной сошниками земли и представляла собой железную продолговатую лопатку, суженную книзу, с ручкой и отогнутыми вниз боками для обхвата трубницы сошника, на котором она стояла нижним краем. Ручка была цельная, железная или, что чаще, деревянная, более дешевая. Полица обычно укреплялась рукояткой в поперечной веревке, соединявшей два подвоя, и пахарь мог переставлять ее с правого сошника на левый. Если полица стояла на левом сошнике, правый бок ее наклонялся вправо и стоял намного ниже левого, отчего земля падала направо. Когда полица стояла на правом сошнике, понижался ее левый бок, и земля падала налево. В начале каждой борозды полица переставлялась.
Подвои служили для более прочной установки рассохи и для регулирования глубины пахоты путем изменения угла, образуемого рассохой с оглоблями. Подвои состояли из вицы – деревянного прута или толстой веревки, свитой из двух или трех тонких веревок, и обходившей рассоху сзади, немного выше бороздки. Спереди рассохи подвои стягивались веревкой (хомутом) и привязывались концами к оглоблям и к бруску поперечине. Для увеличения или уменьшения длины подвоев в них вставлялись рычажки или клепки, посредством которых веревки могли скручиваться или раскручиваться.
В оглобли с дугой или без дуги, или обжи, запрягали лошадь. Гужи хомута закреплялись за колышки на переднем конце оглобель, или обеж. Оглобли делали из прямых или круглых брусьев. Около рассохи оглобли были толще и оканчивались крюками, загибами вверх, на которые клали валек, служивший для укрепления верхнего конца рассохи. Иногда валек привязывали к оглоблям веревками. Оглобли возле рассохи соединяли друг с другом поперечной сосновой подушкой (доской или корцом), а на некотором расстоянии от рассохи – бруском.
