Термопластические пластмассы (термопласты)

Термопластичные пластмассы (полимеры) – термопласты, при нагреве переходят в пластичное состояние или вязкотекучее. Эти пластмассы отверждаются при охлаждении. При повторном нагреве они снова размягчаются и т.д., допуская возможность многократного повторного формования изделий. Важнейшие термопласты: полиэтилен, полистирол, полиамиды, фторопласты, поливинилхлорид, органическое стекло.

Полиэтилен – бывает высокого (ПВД) и низкого давления (ПНД). ПНД отличается от ПВД несколько большей плотностью и прочностью. Полиэтилен химически стоек к щелочам, многим кислотам, маслам, бензину. Он имеет отличные диэлектрические свойства и широко применяется как высокочастотный диэлектрик. Из полиэтилена изготавливают катушки и другие электро-, радиотехнические детали, изоляцию кабелей, химически стойкие емкости, трубы в химической промышленности, защитные от коррозии пленки и покрытия. Полиэтилен имеет невысокую прочность, его морозостойкость до –60 °С.

Поливинилхлорид – относится к группе аморфных полимеров. Пластифицированный поливинилхлорид называют пластиком, непластифицированный, твердый листовой материал – винипластом.

Поливинилхлорид – является хорошим низкочастотным диэлектриком. Он стоек к щелочам, кислотам, смазкам и бензину. Диапазон рабочих температур от -40 до +60 °С.

Во все композиции на основе поливинилхлорида вводят стабилизирующие вещества для защиты от действия тепла и света в процессе переработки, а также при эксплуатации.

Винипласт применяют для изготовления труб, деталей химического оборудования, фланцев, муфт, деталей насосов, вентиляторов, а также используют как электроизолирующий материал и применяют для изоляции и оболочек проводов и кабелей, для производства медицинских изделий, в строительной промышленности. Пасты из поливинилхлорида с пластификатором используют для защиты металлов от коррозии.

Фторопласты – это фторсодержащие полимеры винильного типа. Наиболее распространенными из этой группы являются фторопласты – 3 и фторопласты – 4. Фторопласты имеют высокую степень кристаллизации (93…97 %) это отношение объема всех кристаллических областей полимера к общему объему. Фторопласт – 3 при нагреве выше 210 °С переходит в вязкотекучее состояние. При быстром охлаждении в этих материалах понижается степень кристалличности, т.е. происходит "закалка".

Фторопласт – 4 имеет уникальное сочетание свойств. Он исключительно устойчив почти во всех агрессивных средах, является одним из наиболее качественных высокочастотных диэлектриков, может применяться в диапазоне температур от -269 до +250 °С, имеет хорошие антифрикционные свойства. Недостатки фторопласта – 4: склонность к хладнотекучести, технологические затруднения при переработке, высокая стоимость. Фторопласт – 3 уступает по свойствам фторопласту – 4, но более технологичен.

Изделия из фторопластов широко применяют в авиастроении, химической промышленности, электротехнической промышленности, в радиотехнике.

Полистирол – водостоек и химически стоек в растворах многих щелочей и кислот, но набухает в смазках и топливе. Его можно применять при температурах от -40 до +60 °С. В зависимости от метода изготовления полистиролы подразделяют на блочный, эмульсионный и суспензионный. Полистирол используют для изготовления деталей в электро- и радиотехнической промышленности, различных сосудов, аккумуляторных баков, щелевых фильтров в авто- и самолетостроении.

Полиамиды – нейлон, капрон и др. являются продуктами поликонденсации аминокислот или диаминов с дикарбоновыми кислотами, а также полимеризации лактамов. Практическое применение получили только полиамиды с молекулярной массой выше 20000.

Эти пластмассы имеют сравнительно высокую прочность, низкий коэффициент трения, хорошо сопротивляются абразивному износу. Их применяют для изготовления подшипников, зубчатых колес, кулачков и т.п.

Капрон и нейлон стойки в воде, смазках, топливе, щелочах, разбавленных кислотах. Из этих пластмасс делают не гниющие сети, парашютную ткань, канаты и т.д.

Органическое стекло – термопласт на основе сложных эфиров акриловой и метакриловой кислот; наиболее широко применяют полиметилметакрилат. Органическое стекло оптически прозрачно, является атмосферостойким. Недостатком его является невысокая твердость. При нагреве до 80 °С органическое стекло начинает размягчаться. Его широко применяют для остекления самолетов, зданий, предохранительных щитков приборов и машин, в светотехнических устройствах.

 

 

Газонаполненные пластмассы.

Газонаполненные пластмассы это - легкие материалы, имеющие пористую структуру, напоминающую застывшую пену. Различают пенопласты с замкнутыми или изолированными ячейками (порами) и поропласты с открыто-пористой структурой, когда ячейки сообщаются между собой и с окружающей средой. Широкое применение получили пенопласты на основе полистирола, поливинилхлорида, полиуретана, фенольных смол.

Основные свойства пенопластов: очень небольшая плотность от 0,025 до 0,5 г/см³ (иногда до 0,6…0,7 г/см³), высокие звукопоглощающие и теплоизолирующие свойства. Некоторые пенопласты обладают высокими демпфирующими и амортизационными свойствами. Заполнение пенопластами полых деталей и конструкций увеличивает их устойчивость и жесткость, повышает вибрационную и усталостную прочность.

Высокой удельной прочностью и жесткостью обладают армированные пенопласты - конструкционные материалы, состоящие из чередующихся слоев пенопласта и листовой металлической, стеклопластиковой или другой армировки.

 

Слоистые пластики.

Слоистые пластмассы – материалы, армированные параллельно расположенными слоями листового наполнителя: бумаги, ткани и т.п. Наибольшую прочность имеют стеклотекстолиты, наиболее высокую теплостойкость - асботекстолиты. В качестве связующего применяют термореактивные полимеры (фенолоформальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические, полиэфирные и другие смолы. Наиболее распространенными и дешевыми являются фенолоформальдегидные смолы. Они имеют хорошую адгезию к большинству наполнителей, термостойки, но требуют сравнительно высоких давлений при формировании изделий. Кремнийорганические смолы имеют хорошую водостойкость, термостойкость, обеспечивают повышенные диэлектрические свойства; их высокий коэффициент линейного расширения снижает механические свойства материала.

Слоистые пластмассы применяют как конструкционные, электротехнические и поделочные материалы. Механические свойства определяют, в основном, видом и количеством наполнителя.

Наиболее распространенными слоистыми пластмассами являются гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, асботекстолит, древесные пластики (ДСП).

Гетинакс - в этой пластмассе наполнитель - параллельно уложенные слои бумаги, связующее - фенолоформальдегидные смолы или другие смолы (полимер). Гетинакс имеет хорошие электроизоляционные свойства и довольно высокую механическую прочность. Наиболее широко его применяют в электро- и радиотехнике для изготовления панелей, щитков, печатных схем и т.п. При использовании высокопрочной бумаги гетинакс можно использовать как конструкционный материал для корпусов приборов и других малонагруженных изделий. Декоративный гетинакс в виде листов, лицевая поверхность которых облицована декоративной бумагой и пропитана бесцветными лаками, устойчив к действию воды, многих пищевых и химических продуктов. Его применяют для внутренней облицовки вагонов, кабин самолетов, кают судов, стен, дверей и т.п.

Текстолит - слоистый пластик, в котором в качестве наполнителя использованы бязь, миткаль и другие ткани, а в качестве связующего - фенолоформальдегидная или другие термореактивные смолы. По назначению текстолиты подразделяются на конструкционные, электротехнические и специальные.

Текстолит ПТК (плиточный текстолит конструкционный) имеет предел прочности при растяжении не ниже 100 МПа. Текстолит имеет в паре со сталью низкий коэффициент трения и высокую износоустойчивость. Его широко применяют для бесшумных зубчатых и червячных колес, подшипников скольжения и т.п. Особо высокие антифрикционные свойства имеет специальный графитизированный текстолит (вкладыши подшипников) прокатных станов, центробежных насосов и т.д.

Электротехнический текстолит имеет пониженные механические свойства, но хорошие диэлектрические свойства. Из него делают панели, приборные щитки и другие электротехнические изделия.

Асботекстолит - является слоистым пластиком, состоящим из асбестовой ткани и различных термореактивных смол. Асботекстолит, особенно на кремнийорганическом связующем, имеет высокую термостойкость и его применяют в качестве теплозащитного и теплоизоляционного материалов. Он выдерживает температуру 250…350 °С и более.

Асботекстолит обладает хорошими фрикционными свойствами и его широко используют для изготовления тормозных колодок, фрикционных дисков и т.п.

Стеклотекстолиты. В этих пластмассах в качестве наполнителя используют стеклоткань, в качестве связующего - термореактивные фенолоформальдегидные, кремнийорганические и другие смолы. Стеклотекстолиты - анизотропные материалы. Прочность вдоль нити больше, чем поперек волокна. Например, в широко применяемом текстолите КАСТ предел прочности при растяжении вдоль нити около 320 МПа, поперек около 200 МПа. Стеклотекстолиты имеют высокую прочность, хорошую химическую стойкость, обладают негорючестью, незагниваемостью. Наиболее высокие механические свойства имеют стеклотекстолиты на эпоксидных связующих, наиболее высокую теплостойкость и морозостойкость - на фенолоформальдегидном связующем.

Стеклотекстолит конструкционного назначения используют для высокопрочных изделий (трубы, емкости, кабины автомобилей и т.п.). Все стеклотекстолиты имеют хорошие электроизолирующие свойства и их применяют для электро-, радиотехнических изделий: панелей, щитков, копусов приборов.

Стекловолокнистые материалы отличаются от стеклотекстолитов тем, что в качестве наполнителя используют стеклянные волокна.

Стекловолокнит марки АГ- 4В получают горячим прессованием из спутанного волокна, марки АГ- 4С (С-соломка) - из склеенных в пряди однонаправленных стеклянных нитей. Связующим служит фенолоформальдегидная смола. Эти материалы имеют высокие механические и технологические свойства, сравнительно мало анизотропны и находят применение для сильно нагруженных изделий.

Древеснослолистые пластики (ДСП) получают в виде листов и плит горячим прессованием тонких листов древесного шпона, пропитанных феноло- или крезольноформальдегидными смолами. В зависимости от направления волокон древесины в листах прессуемого пакета можно получать анизотропные материалы, свойства которых неодинаковы в различных направлениях. Древеснослоистые пластики имеют высокую механическую прочность, их широко применяют как конструкционные материалы для изготовления частей автомобилей, вагонов, лодок, деталей машин, шкивов. ДСП применяют так же в качестве электроизоляционного материала для различных панелей электротехнических приборов. Благодаря хорошим антифрикционным свойствам из ДСП изготавливают зубчатые колеса, вкладыши подшипников.

Недостаток древеснослоистых пластиков – чувствительность к воздействию влаги, они гигроскопичны, разбухают и механические свойства значительно понижаются.

ЛЕКЦИЯ 6