книги из ГПНТБ / Менковский М.А. Химия в угольной промышленности

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛАСТМАСС

Пластмассы подразделяются на термореактивные и термо­ плавкие.

Термореактивные пластмассы обладают способно­

стью при воздействии на них температуры и давления размяг­ чаться, заполнять формы и переходить в неплавкое и нераство­ римое состояние, сохраняя приданную им форму неограниченное время. Термореактивные пластмассы необратимы и не могут бытьподвергнуты вторичной термической переработке.

Термоплавкие пластмассы при таком воздействии сохра­

няют приданную им форму только в охлажденном виде. Термо­

плавкие пластмассы обратимы и могут неоднократно подвер­ гаться переработке.

Важнейшими представителями технических термореактивных пластмасс являются фенопласты и аминопласты. Основой для пластмасс этого класса служит синтетическая смола, получаемая в процессе конденсации фенола или мочевины с формалином,

в присутствии катализаторов. На основе этих синтетических смол вырабатывается более 50% всех изделий из пластмасс.

Наполнитель является как бы скелетом всех пластмасс,-обес­ печивая главным образом механическую прочность и удешевляя стоимость материала.

Для изделий, несущих механическую нагрузку, например пер­ фораторов или насосов, работающих в агрессивной среде, используются преимущественно слоистые материалы (текстолит,

гетинакс, волокнит, асболит и т. п.) с наполнителем из ткани,, бумаги, фанерного шпона, волокна, асбеста и т. д.

Для изделий, работающих под действием токов высокой частоты (детали электродвигателя), применяются пресс-порошки с наполнителем из слюды и кварца. Основой служит смола, при­ меняемая для высокоизоляционных изделий.

Для изделий, стойких к температуре и кислотам, обычно! применяются пресс-порошки с наполнителем из асбеста. Основой служит также синтетическая смола.

Для изделий, стойких к поверхностным электрическим раз­ рядам, применяют пресс-порошки с наполнителем из кварца и слюды на основе карбомидной смолы.

Важнейшими представителями термоплавких пластмасс яв­ ляются пластмассы на основе продуктов полимеризации. Пред­ ставителями пластмасс этого класса являются; полистирол, по­ лихлорвинил, полиакрилаты, политены и др.

Важное место в классе полимеризационных термоплавких, пластмасс занимают полиакрилаты, к числу которых относится

плексиглас. Низкий удельный вес, высокая механическая проч­ ность, абсолютная светостойкость, прозрачность и бесцветность— все эти качества привели к тому, что в ряде отраслей эти пласт­ массы являются незаменимыми материалами.

89

Ценной полимеризационной смолой является полихлорвинил, получивший большое распространение как полноценный замени­

тель свинца и каучука в производстве кабелей, как заменитель кожи, линолеума и линкрустов, а также для производства хи­ мически стойких и механически прочных труб. Полихлорвинил употребляется главным образом с пластификаторами для раз­

личных кабельных масс и без пластификаторов (винидур) для

специальных целей и труб. Особую ценность представляют его высокие механические свойства.

В последнее время благодаря высоким диэлектрическим свой­

ствам большое распространение получил политен, вырабатывае­ мый из этилена.

Представители класса пластических масс на основе природ­ ных битумов и асфальта применяются главным образом при

производстве кислотостойкой аппаратуры, кровельных и гидро­ изоляционных материалов (руберойд, толь, пергамин), но не получили широкого распространения в промышленности вслед­

ствие малой технической прочности и низкой теплостойкости. Многие изделия из пластмасс получают методом горячей

штамповки, при котором материал разогревается до температуры выше 100° и штампуется на холодных и теплых штампах.

Для термоплавких пластмасс также применим метод горя­ чего выдувания при получении полых тонкостенных деталей (целлулоид, плексиглас).

3. ОБРАБОТКА ПЛАСТМАСС

При прессовке изделий из синтетических смол пресс-форму делают с таким расчетом, чтобы последующие операции меха­ нической обработки изделия были сведены к минимуму. Любая механическая обработка отпрессованных деталей ухудшает при­ данные изделию свойства, не считая удорожания самого произ­ водства.

При механической обработке термореактивных пластмасс

■следует учитывать следующее:

1.В овязи с абразивными свойствами изделий из пластмасс

рабочий инструмент быстро тупится.

2.Из-за малой теплопроводности пластмасс выделяющееся при обработке тепло плохо отводится, в результате чего инстру­ мент быстро отпускается; применение охлаждающих жидкостей не рекомендуется из-за образования скольжения.

3.В связи с хрупкостью изделий из пластмасс обработка их должна производиться при больших скоростях резания и малой подаче.

Обработка термореактивных пластмасс ведется на обычном оборудовании, принятом для обработки металлов; операции обработки существенно не отличаются от операций обработки

металла.

Распиливание пластмасс производят на дисковых

90

пилах, имеющих гладкую полированную поверхность, с конус­ ностью 30—40° в направлении к центру.

Токарная обработка пластмасс по режиму мало отли­ чается от обработки твердых бронз и чугунного литья; скорость резания выше на 15—20%.

Сверление пластмасс выполняется специальными ■сверлами, так как спиральные сверла в связи с абразивными качествами пластмассы быстро срабатываются на конус. Мате­

риалом для сверл должна быть быстрорежущая сталь или вы­ соколегированные стали, подвергнутые процессу азотирования.

Фрезеровка и штамповка пластмасс производятся на шлифовальных кругах средней твердости. Штамповка приме­

няется главным образом для слоистых пластмасс. Необходимо учитывать, что холодная штамповка приемлема до 4 мм тол­

щины; дальнейшее увеличение толщины до 10 мм требует на­ грева до 105°.

Штампы для вырубки пластмассовых деталей конструктивно ничем не отличаются от штампов для металла, за исключением «соблюдения более строгих допусков при изготовлении матриц пуансонов, предназначенных для пластмасс.

Механическая обработка изделий из термоплавких пластмасс производится инструментом, почти ничем не отличающимся от применяемого для обработки термореактивных пластмасс. Углы

заточки инструментов сохраняются те же, но резко снижается скорость резания и увеличивается подача (в отличие от термо­ реактивных пластмасс).

Большое значение в последнее время приобретает прессован­ ная древесина, получаемая из фанеры или древесины, пропитан­ ной смолой, изделия из которой обладают весьма высокой меха­ нической прочностью (фанерит).

4.ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАСТМАСС В УГОЛЬНОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В угольной промышленности трубопроводы, насосы и другое специальное оборудование сравнительно быстро изнашиваются и выходят из строя из-за наличия кислотных шахтных вод. Только за последние 10 лет количество угольных шахт с кислот­ ной водой возросло в 4,5 раза, а добыча угля на них увеличилась в 10 раз. В будущем, надо полагать, количество горных пред­ приятий с кислотной водой будет возрастать еще более, так как

кислотность шахтных вод увеличивается с глубиной.

В настоящее время в качестве меры по борьбе с разруши­ тельными свойствами шахтных вод насосы, задвижки и прочее оборудование изготовляют из стали, содержащей до 30% хрома, или из железо-алюминиевой, кремнисто-марганцевой бронзы. Простую арматуру — углы, отводы, полуотводы, тройники, трубы и пр. изготовляют из серого чугуна или из углеродистой стали, футерованной свинцом или цементом.

91

Глава VII

ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Меченые атомы, или радиоактивные изотопы находят все большее применение в различных отраслях промышленности,

в том числе и в угольной, для контроля производства и автома­ тизации отдельных узлов технологического процесса.

Строительство ядерных реакторов и производство нового эле­

водство искусственных радиоактивных веществ.

Выделяемое радиоактивными изотопами излучение для раз­ ных веществ обладает различной проницаемостью.

В общем виде прибор, использующий энергию радиоактивных изотопов, должен состоять из камеры, в которой находится излу­ чающий радиоактивный изотоп, и устройства, улавливающего тот или иной вид радиоактивного излучения.

Если между частями прибора, излучающими и преобразую­ щими лучевую энергию в электрическую, ввести какое-нибудь тело, то в зависимости от его плотности будет поглощаться то или

иное количество лучевой энергии. При этом по остатку лучевой энергии, входящей в преобразующую часть аппарата, можно судить о характере тела, через которое прошло излучение.

Если уголь, содержащий примеси породы, подвергать облуче­ нию радиоактивными изотопами, то проникновение лучей через угольное вещество будет большим, чем через песчаники или дру­ гие породы, состоящие из более тяжелых элементов. Следова­ тельно, сила частично поглощенного излучения будет различной,

а потому будут отличаться и показания приборов, фиксирующих это излучение. Отсюда ясно, что при помощи излучающего при­ бора (содержащего радиоактивный изотоп) и прибора, фикси­ рующего силу излучения после его прохождения, можно, напри­ мер, определять качество угля или даже осуществлять его обо­ гащение.

93

Глава VIII

ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА

Взрывчатые вещества имеют большое применение в угольной промышленности, так как проведение горных выработок и добы­

вание угля производятся обычно при помощи взрывных работ. По производимому действию различают взрывчатые веще­

ства: бризантные (пироксилин, тротил), обладающие наи­ большей дробящей способностью; метательные (порох), имеющие меньшую скорость детонации, чем бризантные; и н и- циирующие (гремучая ртуть, азид свинца, тенерес), предназ­ наченные для детонирования бризантных взрывчатых веществ.

Взрыв —■ химическая реакция, протекающая с очень большой

скоростью и сопровождающаяся образованием большого коли­ чества газов, производящих огромное давление на окружающую среду, что и вызывает ее разрушение (табл. 15).

Таблица 15

Количество газообразных продуктов при взрыве некоторых взрывчатых веществ

Скорость распространения взрыва различных взрывчатых веществ составляет 0,4—8,5 км/сек.

Для возбуждения взрыва необходимо затратить некоторое количество "энергии, однако прямой связи между количеством

95

энергии, затрачиваемой на возбуждение взрыва, и количеством энергии, выделяющейся в результате взрыва, нет. Работа в еди­ ницу времени (мощность) в результате реакции взрыва во много раз больше, чем в результате реакции горения. Так, если 1 кг

бензина в двигателе автомашины сгорает за 5—6 мин., то 1 кг взрывчатого вещества претерпевает свое полное изменение за 1—2 стотысячных доли секунды.

Экономически энергия взрыва обходится несколько дороже, чем энергия, развиваемая двигателем, поэтому взрывные реак­

ции не находят применения для получения энергии в обычных производственных условиях, а используются лишь в тех случаях,

когда нужно единовременно получить большую мощность. При подземных горных работах разрешается пользоваться взрывча­ тыми веществами, образующими при взрыве не более 50 л ядо­

витых газов на 1 кг взрывчатого вещества.

Поскольку основными составляющими взрывчатого вещества являются углерод, водород и азот, то в отношении газообразо­ вания важно относительное содержание каждого из них.

Взрывчатые вещества, содержащие кислород лишь в количе­ стве, достаточном для окисления углерода в двуокись углерода,

а водорода в воду, называются взрывчатыми веществами с нуле­ вым кислородным балансом.

Взрывчатые вещества с недостатком кислорода носят назва­

ние взрывчатых веществ с отрицательным кислородным балан­ сом, а имеющие избыточное количество кислорода — с положи­ тельным кислородным балансом. Наименее вредными в отноше­

нии образования ядовитых газов являются взрывчатые вещества с нулевым кислородным балансом.

При отрицательном кислородном балансе возможны реакции:

2С + О2^2СО;

2СО + С^2СО2;

Н2 + СО2^Н2О + СО;

С + Н2О СО + Н2.

При положительном кислородном балансе и высоких темпе­

ратурах, развивающихся при взрыве, возможно образование

В образовании газов при взрыве участвует также и горючая оболочка, в которой заключено взрывчатое вещество.

Условия изготовления взрывчатого вещества имеют также существенное значение в газообразовании при взрыве. Так, на­

пример, плохо измельченная или недостаточно перемешанная

96

масса взрывчатых веществ дает повышенное количество ядови­ тых газов при взрыве.

Взрывчатые вещества могут при взрыве воспламенять смеси

из каменноугольной пыли или метана с воздухом. Во избежание

этого приготовляются специальные предохранительные или «антигризутные» взрывчатые вещества, имеющие меньшую тем­ пературу взрыва. Понижение температуры взрыва достигается введением в состав взрывчатого вещества некоторых теплоотни­ мающих солей (КС1, NaCl и др.).

Антигризутность взрывчатых веществ имеет существенное

значение при применении их в угольных шахтах, в воздухе кото­

рых часто содержится метан или угольная пыль.

Опыт показывает, что безопасными могут быть взрывчатые вещества, температура взрыва которых при работе по углю ниже 1500° и по породе ниже 1900°.

Расчет теплоты взрыва и антигризутности взрывчатого ве­ щества может быть произведен по общим правилам термохими­ ческих расчетов, в основе которых лежит закон Гесса.

По закону Гесса, тепловой эффект химической реакции рав­ няется сумме теплот образования получающихся веществ в ре­ зультате реакции, за вычетом суммы теплот образования исход­ ных веществ.

При помощи закона Гесса можно вычислить теплоту таких реакций, которые экспериментально определить нельзя. Это осо­ бенно ценно для расчетов по реакции взрыва.

Даже для такой простой реакции, как образование СО при горении углерода, трудно экспериментально определить тепло­ вой эффект, так как окись углерода легко сгорает в СОг, а ре­ зультаты уравнений (1) и (2) легко определить эксперимен­ тально.

Пользуясь же законом Гесса, тепловой эффект определяют из следующих уравнений;

В составе взрывчатого вещества должно быть горючее и кис­

лород.

Носителем кислорода обычно служит аммиачная селитра. Взрывчатые вещества являются комбинацией из горючих — уг­ лерода и водорода, а также и кислорода (обычно в составе взрывчатых веществ имеется еще азот); к таковым могут быть отнесены продукты взаимодействия, например, клетчатки

(CeHioOs) и азотной кислоты — так называемая нитроклетчатка, в которой кислород непрочно связан с азотом [СгдН^-п (ONO2)g]

инепосредственно связан с углеродом. Характер связей атомов в молекуле имеет существенное значение. При разложении не­ прочно связанных атомов кислород легко выделяется и соеди­ няется с водородом и углеродом, образуя СО2 и Н2О с большим выделением тепла. Так, например, динамит, одно из сильнейших взрывчатых веществ, готовится смешением 62% нитроглицерина

и3,5% нитроклетчатки — соединений, имеющих непрочные связи кислорода с другими атомами, а также селитры и древесной муки.

В истории взрывчатых веществ видное место занимал дым­ ный порох. Средний состав пороха: 75% селитры, 15% угля

и 10% серы.

Дымный порох вследствие слабо выраженных дробящих свойств в промышленности находит применение только при до­ быче штучного и облицовочного камня. Применение его для под­ земных работ вследствие образования ядовитых газов (СО)

Правилами техники безопасности запрещено.

Порох при повышении температуры до 250—300°, которая мо­ жет быть достигнута ударом или трением, весьма взрывоопасен. Он гигроскопичен и при содержании влаги около 7% уже стано­ вится негодным для употребления.

Нитроглицерин [СзН5(ОМО2)з] и динамит, как и неко­ торые другие взрывчатые вещества, например нитрогликоль [C2H4(ONO2)2], относятся к группе азотнокислых эфиров и. спир­ тов.

Динамитами называются взрывчатые вещества, содержа­ щие более 40% нитроглицерина. В состав динамитов, помимо нитроглицерина, входят коллодионный хлопок, селитра, древес­ ная или зерновая мука (поглотитель или разрыхлитель динамит­ ного теста) и стабилизаторы (сода, мел и др.), нейтрализующие

остающиеся следы кислот, что обеспечивает возможность более длительного хранения и химической стойкости динамита.

Существенным недостатком динамита является то, что уже

при температуре около —10° нитроглицерин начинает замер­

зать, выкристаллизовывается и становится чрезвычайно опасным,, вследствие чего на угольных шахтах теперь не применяется.

Созданы новые взрывчатые вещества, не содержащие нитро­ глицерина (например, аммониты), которые нашли широкое при­ менение при добыче угля.

Под аммонитами подразумевают взрывчатые вещества,

представляющие смесь аммиачной селитры (NH4NO3) с древес­ ным углем, угольной пылью и другими веществами. В состав ам­

монитов вводят также производные ароматического ряда, как, например, тротил или тринитротолуол [С7Н5(ЫО2)з], иногда

гексоген [С3НвХз(ХО2)з] и др.

В состав аммонитов вводят также металлы (алюминий и др.),

повышающие температуру взрывчатого разложения и тем увели­ чивающие скорость детонации и бризантное действие.

98