§ 21. Конструкційні матеріали та їх властивості

1. Пригадай, з якими конструкційними матеріалами ти працював у попередніх класах. Які з них природні, а які - штучні?

2. Назви вироби інтер'єрного призначення зі штучних і природних матеріалів.

3. Назви технологічні особливості деревини й металів. Чи можна їх зарахувати до конструкційних матеріалів? Чому?

4. Яка з технік оброблення матеріалів тобі найбільше подобається? Які вироби інтер'єрного призначення ти виготовляв з використанням улюблених конструкційних матеріалів та інструментів?

5. Фахівці яких професій проектують і конструюють інтер'єрні об'єкти?

Сучасні конструкційні матеріали інтер’єрного призначення

Значну частину свого життя людина проводить у житлових та виробничих приміщеннях. У таких умовах вона прагне створити для себе привабливе комфортне середовище. Саме цим пояснюється наша цікавість до дизайну та якості предметів інтер’єрного призначення: меблів, санітарно-технічного обладнання, приладів для освітлення помешкання, аксесуарів, предметів декору, кімнатних рослин тощо.

Надійність таких виробів та їх технічна й економічна ефективність значною мірою залежать від матеріалів, з яких їх виготовлено. Сучасне виробництво має у своєму розпорядженні широкий їх вибір. Метал, скло, натуральне дерево, пластик, папір - ці розповсюджені конструкційні матеріали ти найчастіше помічаєш і в домашньому, і в шкільному інтер’єрах.

Привабливим є поєднання в інтер’єрах металу і дерева, металу і скла, металу і натуральних тканин. Артефакти (штучно створені об’єкти) у техніці художнього кування естетично сприймаються в нашому інтер’єрі. Ковані вироби надають інтер’єру вишуканості й величності. Це можуть бути меблі, камінна решітка, люстра і навіть свічник (мал. 187).

Знаходить своє місце в інтер’єрі й деревина, що з давніх часів була улюбленим і цінним конструкційним матеріалом. Для виготовлення виробів та декоративного оздоблення інтер’єру сьогодні використовують деревину таких порід, як слива, кедр, тиса, горіх, червоне дерево (маха-гонь), лимонне дерево. Дедалі частіше в інтер’єрі використовують вироби з бамбука та коркового дерева (мал. 188).

Сьогодні популярним є плетіння виробів із природних матеріалів. Для виготовлення таких речей використовують лозу та солому (мал. 189). Цей матеріал є доступним. Зростає попит на вишукані меблі, кошики, інші предмети домашнього вжитку, виконані з обкореної лози, пофарбовані барвниками, а інколи й позолочені.

Поряд з природними використовують і штучні матеріали. Це нові конструкційні матеріали - композити - тверді матеріали, що утворюються в результаті поєднання двох або більше компонентів і характеризуються покращеними властивостями, ніж початкові складники. Один компонент пластичний (зв’язувальна речовина, або матриця), а інші мають високі характеристики міцності (армуючий наповнювач або зміцнювач).

У композитному матеріалі матриця забезпечує пластичність, зміц-нювач - армування матеріалу. Наприклад, склопластик виготовляють шляхом занурення тоненьких скляних волокон у рідку чи желеподібну основу з пластику (полімеру). Коли цей полімер твердне, або застигає, утворюється композиційний матеріал, що відзначається легкістю, міцністю та гнучкістю. Змінюючи вид волокон та основи, можна виготовити багато різноманітних виробів (мал. 190).

Найрозповсюдженішими деревними композиційними матеріалами є відомі вже тобі фанера, ДСП, а також МДФ (деревоволокниста плита середньої щільності), ОСП (орієнтовно-стружкова плита) та ДПК (деревно-полімерний композит). За зовнішнім виглядом деревно-полімерний композит схожий на плити МДФ і ДВП (мал. 191).

Деревинношарові пластики - деревоволокниста плита (ДВП), ламі-натна плита (ЛП) - мають високу міцність, хімічну стійкість та зносостійкість і служать для заміни традиційних конструкційних матеріалів. Їх використовують як конструкційні, електроізоляційні матеріали в машинобудівній та електротехнічній, приладобудівній промисловості, на транспорті, для виготовлення елементів будівельних конструкцій, улаштування підлоги, допоміжних кріпильних і монтажних елементів тощо (мал. 192).

Гетинакс (папір та епоксидна смола), текстоліт (тканина та епоксидні смоли) використовуються як ізоляційний матеріал (мал. 193). Виготовляючи вироби, технологія яких включає, зокрема, електротехнічні роботи, деякі деталі (декоративні настільні лампи, бра тощо), що передбачають ізолювання, можна зробити із цього матеріалу.

Легкості й витонченості інтер’єру додає вітражне кольорове скло. Художні вироби зі скла стали для нас уже звичними предметами. Так, для виготовлення столів, журнальних столиків використовують загартоване скло (мал. 194, а). Технологія гарту дуже проста - гаряче скло поступово охолоджують на спеціальному обладнанні. Навіть якщо все-таки розбити загартоване скло, утворяться скалки заокругленої форми. Воно витримує температуру до 270 °С та велике навантаження (мал. 194, б).

Дедалі частіше в інтер’єрі приміщень трапляються вироби з так званого ламінованого скла (триплексу). Триплекс - це цілісне полотно з кількох шарів скла, склеєних еластичною плівкою (полімером), завдяки чому вироби із цього матеріалу є надзвичайно безпечними. Якщо скло розіб’ється, то його уламки залишаться на місці, міцно скріплені один з одним (мал. 195).

Склопластики - композитні матеріали у вигляді листів, конструкційних матеріалів різного профілю, які виготовляють методом просочування скловолокна або склотканини рідкими смолами з наступним їхнім твердненням (мал. 196, 197).

Сучасним екологічно чистим композитним матеріалом, що використовують дизайнери інтер’єрів і будівельники, є гіпсокартон. В архітектурі і ландшафтному дизайні набуває поширення зовнішня цементна плита-аквапанель, яка в сухому вигляді легко згинається. Стає реальністю проектування й конструювання криволінійних форм інтер’єрів та екстер’єрів «сухими» технологіями. Часто нам трапляються й вироби з пінопласту. Цей матеріал є пластичною масою, що отримана шляхом ціноутворення. При нагріванні з виділенням газів полімер має вигляд застиглої піни.

Для того щоб застосування матеріалів для виготовлення предметів інтер’єру було доцільним та безпечним, необхідно враховувати їх властивості з усіма перевагами й недоліками. Властивість матеріалу - це його здатність певним чином реагувати на вплив ззовні. Реакція матеріалу на такий вплив залежить від його хімічного складу і структури.

Будову природних матеріалів обумовлюють особливості їх походження та умови утворення, а 0тучних матеріалів - технологія їх виробництва та обробки.

Властивості конструкційних матеріалів

Усім конструкційним матеріалам притаманні певні технологічні та експлуатаційні властивості.

Технологічні властивості проявляються в процесі виготовлення, переробки та використання матеріалів і виробів із них. Такими властивостями, наприклад, є здатність матеріалів піддаватись різанню, згинанню, точінню, 0ліфуванню, поліруванню тощо. Технологічні властивості мають велике практичне значення, оскільки від них залежить якість продукції.

Експлуатаційні властивості конструкційних матеріалів - це їх здатність упродовж визначеного терміну задовольняти певні вимоги. До основних належать пружність, пластичність, зносостійкість, стираність. Стираність - це властивість матеріалу чинити опір впливу зно0ення через стирання. Ця властивість важлива для матеріалів, якими покривають підлогу, сходи (дерево, кахель для підлоги тощо).

Багато композитів перевер0ують традиційні матеріали і сплави за своїми механічними властивостями, і водночас вони лег0і. Використання композитів зазвичай дозволяє змен0ити масу конструкції при збереженні чи поліп0енні її механічних характеристик. Окремі композитні матеріали ти зможе0 використовувати у виготовленні виробів для інтер’єру своєї кімнати, квартири тощо.

Без сумніву, як традиційні, так і нові сучасні матеріали потрібно використовувати економно. Серед джерел та 0ляхів економії найбіль0у увагу можна приділити комплексній переробці сировини й використанню вторинних матеріальних ресурсів і відходів виробництва та споживання.

ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧНА РОБОТА № 4 Ознайомлення із сучасними конструкційними матеріалами

Обладнання та матеріали: набір конструкційних матеріалів природного та штучного походження (різні види деревинних матеріалів, металів та їх сплавів, пластичні маси, оргскло, гума тощо), вироби з різних конструкційних матеріалів, шліфувальна шкурка, лупа, робочий зошит.

Послі довні сть виконання роботи

1. Ознайомся із запропонованими зразками конструкційних матеріалів.

2. Виконай маркування зразків (познач їх номер).

3. Визнач назву матеріалів та приналежність їх до природних чи штучних.

4. З’ясуй сферу застосування наданих конструкційних матеріалів.

5. Запропонуй вибір конструкційного матеріалу для виготовлення майбутнього виробу, визнач доцільність застосування матеріалів для виготовлення виробів інтер’єрного призначення.

6. Дані запиши в таблицю.

Композити, які створила людина, не порівнянні з тими, які закладені від природи в людських, тваринних та рослинних організмах. Біоніка, біоміметика, або біомімікрія, - це новітній напрям розробки та обробки матеріалів. Нині зростає інтерес до біоміме-тики як до галузі копіювання унікальних функцій і виробничих процесів живих організмів, застосування цих технологій під час розробки й створення продукції. Учені та технологи всього світу розвивають технології майбутнього, що можуть стати ключем до розв’язання проблем економіки, навколишнього середовища та енергетики.

Біоміметикою називають галузь застосування найкращих характеристик живих організмів у розробці новітніх матеріалів.

Одним з успіхів біоніки дотепер є розробка брудо- і водовідштовхувальних покриттів, виробництво яких ґрунтується на використанні властивостей поверхні листка індійського лотоса, що майже не змочується водою за рахунок так званого ефекту лотоса (мал. 198, а).

У галузі розробок ефективних і безвідходних будівельних технологій перспективним напрямом є створення шаруватих конструкцій. Ідея запозичена в будові глибоководних молюсків (мал. 198, б).

Природні композиційні матеріали є аналогами для створення штучних. Маленькі голівки реп’яха, вкриті крихітними гачечками, є природними аналогами «липучки» (мал. 198, в).

Є багато властивостей об’єктів живої природи, які можна застосувати під час розробки нових матеріалів. Наприклад, жирова тканина допомагає китам спливати, слугує засобом теплоізоляції та джерелом живлення. Павутиння в п’ять разів міцніше за сталь і водночас дуже еластичне.

Якщо ти зацікавишся біоміметикою, то на тебе чекають винаходи нових композиційних матеріалів для виробів.

На дозвіллі

Відшукай в Інтернеті зразок конструкції і її природного аналога (сайт vk.com/biomimetika або ін.).

Колективний проект: реклама-діорама «Конструкції природи».

Створіть рекламу-діораму для обраних вами конструкцій та їхніх природних аналогів. Використайте короткий текст, зображення і макети-саморобки або розробіть комп’ютерну презентацію реклами.

Конструкційні матеріали, композит, армуючий матеріал, матриця, ламінат, склопластик, гіпсокартон, цементна плита-аквапанель.

Армування - зміцнення виробів або конструкцій елементами (арматурою) з міцнішого матеріалу.

Артефакт (лат. «штучно + створений») - термін, що підкреслює відмінності художнього твору як результату творчої діяльності людини від об'єктів природи.

Гетинакс - електроізоляційний прошарковий матеріал, що має паперову основу, просочену фенольною або епоксидною смолою.

Експлуатаційні властивості конструкційних матеріалів - здатність конструкційних матеріалів упродовж визначеного терміну задовольняти певні вимоги: зносостійкість, термостійкість, водонепроникність тощо.

Інтер’єр (франц. «внутрішній») - відносно замкнений та організований у функціонально-естетичному плані простір усередині будівлі.

Композит - виріб, виготовлений з двох або кількох конструкційних матеріалів, різнорідних за технологічними властивостями.

Триплекс - матеріал, що складається з кількох шарів: двох і більше шарів силікатного або органічного скла та прозорого пластичного матеріалу, що склеює ці шари.

1. Які матеріали називають конструкційними? Назви поширені природні та штучні конструкційні матеріали, які використовуються в інтер’єрах.

2. Які матеріали називаються композиційними, або композитами? Наведи приклади металевих і неметалевих композитів. У яких галузях промисловості вони використовуються?

3. Який конструкційний матеріал називається триплексом? Для конструювання яких виробів його застосовують?

4. Відшукай зображення природних композитів у науково-популярній літературі або Інтернеті.

Тестові завдання

1. Нові конструкційні матеріали, що утворюються в результаті поєднання двох або більше компонентів і характеризуються покращеними властивостями, ніж початкові складники, - це...

А зв’язувальна речовина, або матриця Б армуючий наповнювач, або зміцнювач В композит

2. Установи відповідність між зображеннями та назвами деревних конструкційних матеріалів.

А фанера Б плита OSB В оргскло Г пінопласт

Д ламінована деревостружкова плита Е деревно-полімерний композит (ДПК)

3. Які особливості потрібно враховувати, виготовляючи вироби з деревини?

А вади деревини Б текстуру деревини В напрямок волокон деревини Г умови використання виробу Д усі перелічені особливості

4. Копіювання унікальних функцій і виробничих процесів живих організмів, застосування цих технологій під час розробки й створення продукції пропонується науковою галуззю...

А екологією Б технологією В біоміметикою

Це матеріал з підручника Трудове навчання 8 клас Гащак