Структура стекла

Процесс изготовления стеклянных сосудов и украшений претерпел больших изменений около 100 г. к н. е. с введением нового метода выдувания. Одним концом железной трубки набирали стекло массу, а через другой выдували ее. Иногда стекло для придания ему нужных очертаний выдувалось в специальную форму.
При комнатной температуре стекло проявляет свойства твердого вещества, хотя фактически представляет собой охлажденную жидкость. Это значит, что при температуре ниже точки отвердевания, стекло сохраняет некоторые свойства жидкости. Так, подобно обычным жидкостям, стекло имеет текучесть, хотя скорость его текучести слишком мала. Подтверждением этому может быть оконное стекло в старых домах: оно утолщенное внизу через постепенное всплывание части стекла.

Ткани

Когда оказалось, что из шерсти и льна можно прясть нитки, люди научились ткать полотно. Древнейшие образцы льняной ткани - 7000років. Первые искусственные волокна появились лишь в конце XIX века.
Сегодня для производства тканей используется огромное многообразие натуральных и искусственных волокон. Натуральные волокна получают из различных растений и шерсти животных.
Овечья шерсть является основным источником волокон животного происхождения и состоит из кератина (вид белка). Все волокна животного происхождения имеют подобную структуру. Ткани изготавливают из мохера (шерсти ангорской козы), кашемира (шерсти кашемировой козы), шерсти обычной козы, верблюда, ламы, лошади и кролика.
Шелк получают из коконов тутового шелкопряда - гусеницы бабочки Bombyx mori. Шелкопряд выделяет жидкий белок-фибриногена, который мгновенно затвердевает на воздухе и превращается в фиброин. Каждый шелкопряд выпускает непрерывную нить фиброину длиной до нескольких километров, и обматывается ею. Разматывая собранные коконы, и получают шелковую нить.

Полимеры и пластмассы

Огромное количество предметов, что их раньше производили из дерева, металла и других материалов, сейчас изготавливают из пластмассы. У всех пластмасс есть общая черта формирования изделий из них происходят под воздействием температуры или давления.
Большинство пластмасс - это соединения, которые называются полимерами - веществами, состоящими из молекул, соединенных в цепи. Много полимеров, такие как полиэтилен и нейлон, - синтетические (искусственные) материалы. Другие встречаются в природе. Например, целлюлоза - это полимер, который содержится в стенках клеток растений и составляет основу древесины. Длинная цепочка целлюлозы состоит из молекул, которые содержат шесть атомов углерода, десять - водорода и пять - кислорода. Большинство полимеров - органические (то есть такие, которые содержат углерод) материалы, но есть и неорганические, такие как асбест.

Структура материалов

Прочность материала зависит от его внутренней структуры расположения в нем атомов или молекул. Все твердые металлы и большинство других твердых материалов имеют кристаллическую структуру, в которой атомы и молекулы расположены в правильном порядке. Расположение этих частиц и связи между ними предопределяют прочность материала. Например, резина состоит из цепочек молекул. В процессе вулканизации сера соединяется с цепочками молекул резины, располагая их рядом друг с другом. Происходит так называемое «химическое  сшивание», в результате чего резина становится более прочной и пригодной для использования в качестве материала для автомобильных шин.

Углерод и керамика

С этой целью используют и волокна других материалов, включая углерод (в виде графита), а также много видов прочных, жестких керамических материалов, таких как карбид кремния, карбид бора и оксид алюминия. Однако не все материалы такого вида получают искусственно. Например, древесина - природный композиционный материал, состоящий из прочных гибких волокон целлюлозы, связанных более твердым и хрупким веществом - лигнином, который придает структуре жесткости.

 

 

Композиционные материалы

Такие материалы состоят из двух и более различных материалов, при этом конечный продукт имеет лучшие свойства, чем любой из его компонентов. В основном таким путем добиваются повышения прочности. Образцом композиционного материала может быть железобетон. На более низком уровне тонкие волокна различных материалов с высокой прочностью на разрыв добавляют к материалам, которые способны выдерживать большие давление нагрузки. Стекловолокно в сочетании с паутинным шелком имеет гораздо большую прочность на разрыв, чем лучшие виды стали. И, к сожалению, самая маленькая поверхностная царапина приводит к образованию трещины даже при относительно малых нагрузках. Поэтому, чтобы использовать преимущества стекловолокна, к нему добавляют эпоксидную и полиэфирную смолы, которые защищают волокна от царапин и сохраняют их высокую прочность на разрыв.

Бетон

Не всегда материалы одинаково хорошо выдерживают разные виды напряжений. Например, бетон имеет большую прочность на сжатие, но относительно малую - на растяжение. Поэтому бетон часто армируют стальными стержнями для увеличения его прочности на разрыв.
Предварительно напряженный бетон - это улучшенный вид железобетона. Сначала стальные арматурные стержни растягивают, а затем заливают бетоном. После того, как бетон остывает, стержни уже не подвергаются напряжению растяжения и пытаются восстановить свою первоначальную длину. Но это невозможно, ведь они прочно вмурованы в бетон и, в итоге, вызывают в нем огромное напряжение сжатия. Во время использования данного материала любые усилия, направленные на разрушение бетона, должны сначала преодолеть силы сжатия в стальных стержнях. Вот почему предварительно напряженный бетон имеет большую прочность на разрыв и сжатие.
Для укрепления некоторых видов бетона применяют метод последующего напряжения с натяжением арматуры. Стальные стержни вставляют в отверстия в монолитных бетонных блоках и подвергают их растяжению. Как и в предыдущем случае, стержни создают в бетоне сильное напряжение и придают ему большую прочность на разрыв.