Краткие теоретические сведения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

«ЛУГАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ВЛАДИМИРА ДАЛЯ»

 

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

 

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

“ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ”

 (для студентов направления подготовки

22.03.01 - «Материаловедение и технологии материалов»)

У т в е р ж д е н о

на заседании кафедры

материаловедения

Протокол № 4 от 21.11.2019 г.

 

ЛУГАНСК 2019

УДК 620.18: 669

ББК 34.62

Е00

Лабораторный практикум по дисциплине«Технологические основы производства полимерных материалов» (для студентов направления подготовки 22.03.01 - «Материаловедение и технологии материалов») /Сост.: Ю. Н. Никитин, Е. В. Нагорный – Луганск: ЛНУ им. В. Даля, 2019. - 76 с.

 

В лабораторном практикуме приведены сведения к двенадцати лабораторным работам. Каждая лабораторная работа разбита на пять разделов: цель работы и используемые приборы, материалы и инструмент; краткие теоретические сведения; задание и методические указания; порядок оформления отчета и раздел программы, который нужно знать при выполнении и сдаче лабораторной работы.

 

 

Составители:                                                                Ю. Н. Никитин, доц.

                                                                                      Е. В. Нагорный, ст.пр.

 

Отв. за выпуск                                                            Л. А. Рябичева, проф.

Рецензент                                                                     А. А. Стоянов, доц.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ И ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Цель работы: ознакомиться со свойствами термопластических материалов и определить их температуры размягчения и плавления.

 

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИБОРЫ, МАТЕРИАЛЫ И ИНСТРУМЕНТЫ

 

Образцы термопластических материалов в виде гранул или готового порошка: полиэтилен, полистирол, винипласт; ступка для превращения пластмасс в порошок; пробирки и химический стакан; термометр; электрическая плитка; глицерин; секундомер.

 

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Полимерные материалы в зависимости от поведения при нагревании делятся на две группы: термореактивные (реактопласты) и термопластичные (термопласты).

Реактопласты при нагревании претерпевают необратимые химические превращения, в результате которых они твердеют, утрачивают растворимость в различных средах и способность к изменению формы.

Термопласты (полиэтилен, полипропилен, органическое стекло, винипласт, фторопласт) размягчаются и плавятся при повышении температуры и вновь затвердевают при охлаждении. В основе термопластических пластмасс лежат полимеры линейной или разветвленной структуры (рис. 1). Рабочая температура этих материалов не превышает 60-70°С, так как при повышении температуры начинается резкое снижение физико-механических свойств. Более теплостойкие структуры могут работать до 150-250°С.

 

а	б

Рис. 1. Типы структур термопластических пластмасс:

а – линейные; б - разветвлённые

 

Полиэтилен - продукт полимеризации газа этилена. Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) получают за счет полимеризации этилена в присутствии кислорода и при таких технологических параметрах: давлении 150-300 МПа, температуре 200-250 °С. Он характеризуется малой степенью кристалличности (55-65%) и соответственно малой плотностью (916 – 930 кг/м³). Предел прочности при испытании на растяжение 14 МПа.

Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) получают полимеризацией этилена в присутствии катализаторов при давлении 0,2-0,5 МПа и температуре до 60-80°С. Этот полиэтилен характеризуется высокой степенью кристалличности (75-85%) и высокой плотностью (960 кг/м³). Чем выше плотность и кристалличность полиэтилена, тем выше прочность и теплостойкость материала. Предел прочности при испытании на растяжение 22-32 МПа.

Полиэтилен теплостоек до 80°С. При температуре 90-100°С пластичность заметно увеличивается, появляется возможность проведения таких операций как гибка, вытяжка, выдавливание.

Полистирол - твердый, жесткий, прозрачный, аморфный полимер, хорошо окрашивается, удобен при механической обработке, наиболее стек к воздействию ионизирующего излучения. Температура начала размягчения 70-80°С. При более высоких температурах деполимеризуется. Плотность полистирола 1050 кг/м³, предел прочности при испытании на растяжение 35 МПа.

Винипласт – пластмасса на основе поливинилхлорида. Его выпускают в виде листов, труб, пленок, сварочных прутков. Плотность винипласта 1400 кг/м³, предел прочности при испытании на растяжение 50 МПа, температура размягчения – 180°С.

 Температура плавления термопластичных материалов зависит природы полимера, особенностях строения термопласта, чистоты материала.

Температурой плавления термопласта считают температурный интервал от начала до полного расплавления вещества. Чем чище полимер и чем больший процент кристаллической составляющей в нем находится, тем меньше этот интервал. Незначительные примеси, наполнители в термопласте снижают или повышают температуру плавления, и оно осуществляется в более широком интервале температур.

При плавлении чистых кристаллических веществ на кривой температурно-временной зависимости есть горизонтальная часть, которая соответствует наличию смеси кристаллов и расплава.

При плавлении некристаллических тел температура повышается непрерывно. Т.е. при плавлении аморфных веществ происходит постепенное их размягчение без перехода вещества в новое состояние.

Кристаллические вещества имеют определенные температуры плавления и затвердевания (точка плавления).

Для того, чтобы вещество расплавилось при нагревании, необходимо преодолеть силы взаимного притяжения между его молекулами. У высокомолекулярных веществ взаимодействие между молекулами значительно сильнее, чем у низкомолекулярных, так как они притягиваются друг к другу огромным числом звеньев.

Размягчение полимера при нагреве свидетельствует о том, что силы взаимодействия между некоторыми макромолекулами уже ослаблены и вследствие теплового движения они перемещаться относительно друг друга. Более крупные макромолекулы вещества взаимодействуют между собой сильнее, и, чтобы приобрести такую подвижность, они требуют дальнейшего нагревания. В этом причина того, что полимеры не имеют определенной точки плавления. Чем больше различие в молекулярной массе макромолекул полимера, тем шире температурный интервал, в котором он плавится.