Основные свойства пластмасс и области их применения

Термопластические пластмассы. Термопласты легко формуются в изделия, дают незначительную усадку при формовании (1-3 %), однако имеют ограниченную рабочую температуру (свыше 60-70ºC начинается резкое снижение физико-механических свойств). Более теплостойкие термопласты могут работать до 150-250ºC. Термопласты делят на неполярные и полярные. Неполярные термопластические пластмассы. К ним относятся полиэтилен, полипропилен, полистирол, фторопласт-4.

Полиэтилен. Различают полиэтилен высокой (степень кристаллизации 80-90 %) и низкой плотности (степень кристаллизации 55-65 %). Чем выше плотность и степень кристаллизации полиэтилена, тем выше прочность и теплостойкость пластмасс на его основе. Длительно полиэтилен можно применять при температуре 60-100ºC. Морозостойкость его до –70 ºC. Полиэтилен химически стоек. Недостатком его является подверженность старению. Для защиты от старения в полиэтилен вводят стабилизаторы и ингибиторы (2-3 % сажи замедляют процессы старения в 30 раз).

Области применения пластмасс на основе полиэтилена: трубы, арматура, емкости, пленочные материалы и т.д.

Полипропилен. Обладает многими положительными качествами полиэтилена и в меньшей степени его недостатками. Основной недостаток полипропилена – низкая морозостойкость. Полипропилен применяется для изготовления труб, конструкционных деталей автомобилей, холодильников, корпусов насосов, емкостей и т.п.

Полистирол – твердый, жесткий, прозрачный аморфный полимер. Удобен для механической обработки, хорошо окрашивается, наиболее стоек к воздействию ионизирующего

излучения по сравнению с другими термопластиками. Недостатками пластмасс на основе полистирола является их невысокая теплостойкость, склонность к старению, образование трещин.

Из пластмасс на основе полистирола изготавливают детали для радиотехники, телевидения, приборов, емкости для воды и химикатов. Пленки стирофлекс для электроизоляции и т. п.

Фторопласт-4 обладает исключительной стойкостью к действию любых растворителей (кислот, щелочей, окислителей), не смачивается водой. Наиболее высококачественный диэлектрик. Область рабочих температур от -200 до +250 ºC. Недостатками фторопласта-4 является низкая твердость, выделение токсичного фтора при высокой температуре, трудность переработки вследствие пластичности. Применяется для изготовления труб, вентилей, мембран, уплотнительных прокладок, электро-радиотехнических деталей и т. д

К полярным термопластикам относятся фторопласт-3, оргстекло, полиамиды, полиуретаны и др.

Фторопласт-3. Введение атома хлора нарушает симметрию звеньев макромолекулы, материал становится полярным, диэлектрические свойства снижаются, но появляется пластичность и облегчается формуемость изделий из него. Интервал рабочих температур от –150ºC до 70ºC. Из него изготавливают трубы, шланги, клапаны, насосы, защитные покрытия для металлов и др.

Органическое стекло - это прозрачный аморфный термопласт. От силикатных стекол отличается низким удельным весом, упругостью, отсутствием хрупкости вплоть до –50ºC, пропускает 75 % ультрафиолетового излучения (силикатные –0,5 %). При температуре 80ºC начинает размягчаться; при температуре 105-150ºC проявляется пластичность, что позволяет формовать из него различные детали. Дефект органического стекла – появление внутри мелких трещин (так называемого “серебра”). Что снижает прозрачность и прочность. Причиной появления серебра являются внутренние напряжения в связи с низкой теплопроводностью и высоким коэффициентом расширения. Увеличению термостойкости и ударной вязкости органического стекла достигается ориентированием, применением многослойных стекол (триплексов). Органическое стекло используют в производстве осветительной аппаратуры, в остеклении самолетов, автомобилей, в часовой и оптической промышленности. На основе органического стекла получают самоотверждающиеся пластмассы, которые применяют для изготовления штампов, литейных моделей

Термостойкие пластики. Примером термостойких пластиков может служить полисульфон, в молекулах которого между фениленовыми группами имеются звенья –SO₂- (повышает стойкость к нагреву), группы – О, -С (СН3)₂-(уменьшает жесткость). Это аморфный полимер. Материал термически стабилен, химически стоек. Применяется в виде пленок, литых изделий, покрытий для эксплуатации при температуре от +100 до +175ºC (в инертной среде до 400ºC).

Термопласты с наполнителем. В качестве связующего применяют различные термопласты. В качестве армирующих наполнителей можно использовать асбест, стеклянные и органические волокна, ткани и т. д.

3.2.2. Термореактивные пластмассы.

При изготовлении изделий из термореактивных пластмасс следует иметь в виду их большую усадку (10+18 %). Для снижения усадки и повышения механических свойств в состав термореактивных пластмасс вводят наполнители. Пластические массы на основе термореактивных полимеров отличаются от термопластов практически полным отсутствием хладотекучести под нагрузкой, повышенной теплостойкостью, постоянством физико-механических свойств в температурном интервале их эксплуатации. Отверждающие пластмассы, как правило, относятся к сложным пластмассам, которые в своем составе наряду со связующим (термореактивной смолой) имеют различные наполнители: порошковые, волокнистые или слоистые. В качестве термореактивного связующего широко используются фенолформальдегидные,

кремнийорганические, эпоксидные смолы, непридельные эфиры и их модификации. Наиболее

высокой адгезией к наполнителю обладают эпоксидные связующие, которые обусловливают высокую прочность пластиков. Кремнийорганические связующие позволяют получать теплостойкие пластики, работающие при длительном нагреве до 250ºC. Важным свойством непридельных полиэфиров и эпоксидных смол является их способность к отверждению не только при повышенной, но и при нормальной температуре без выделения побочных продуктов с минимальной усадкой.

В зависимости от характера наполнителя отверждающие пластмассы подразделяются на пресс-порошки, волокнистые и слоистые пластики.

Изделия из пресс-порошков. Феноформальдегидные смолы сочетаются с любым порошковым наполнителем. В качестве наполнителя в изделиях общетехнического назначения применяют древесную муку. Для получения изделий, обладающих высокой термостойкостью, применяют асбестовую муку. Повышение водостойкости и диэлектрических свойств достигается кварцевой мукой. Для снижения хрупкости изделий на основе феноформальдегидной смолы ее смешивают с полиамидами или синтетическим каучуком.

Из пресс-порошков изготавливают корпуса, крышки приборов; детали, работающие при повышенных температурах или в условиях высокой влажности, но сравнительно малонагруженные, особенно динамическими нагрузками (различная инструментальная оснастка: вытяжные и формовочные штампы и т.п.)

Пластмассы с волокнистым наполнителем. К этой группе пластмасс относятся волокниты, асбоволокниты и др.

Волокниты представляют собой композиции в виде очесов хлопка, пропитанного фенолформальдегидным связующим. По сравнению с пресс-порошками они имеют несколько повышенную ударную вязкость. Применяют волокниты для деталей общего технического назначения, работающих на изгиб, кручение (рукоятки, стойки, шкивы и т. п.) В асбоволокнитах наполнителем служит асбест, связующим - феноформальдегидная смола. Преимуществом асбоволокнитов является повышенная теплостойкость (свыше 200 ºC), устойчивость к кислым средам и высокие фрикционные свойства. Используются в качестве материала тормозных устройств.

Слоистые пластики являются силовым конструкционным и поделочным материалом. Листовые наполнители, уложенные слоями, придают анизотропность. Материалы получают в виде листов, плит, труб, заготовок, из которых механической обработкой получают различные детали.

Гетинакс получают на основе модифицированных фенольных, карбамидных смол и различных сортов бумаг. По назначению гетинакс подразделяется на электротехнический и декоративный. Гетинакс можно применять при температуре 120-140 ºC. Он устойчив к действию химикатов, пищевых продуктов. Используется для внутренней облицовки пассажирских кабин самолетов, железнолорожных вагонов, кают судов, в строительстве.

Текстолит. Связующим служит термореактивная смола, наполнителем – хлопчатобумажная ткань. Слоистые пластики обладают хорошей способностью поглащать вибрационные нагрузки, хорошо сопротивляются раскалыванию. Текстолитовые вкладыши подшипников в 10-15 раз работают дольше бронзовых. Однако рабочая температура подшипников невысока (80-90ºC). Они применяются в прокатных станах, центробежных насосах и т.п.

Асботекстолит содержит 38-43 % связующего, остальное – асбестовая ткань. Асботекстолит является конструкционным фрикционным и термоизоляционным материалом. Наиболее высокой теплостойкостью обладает материал на кремнийорганическом связующем (300ºC), а механическая прочность выше у фенольных асбопластиков.. Асботекстолит выдерживает кратковременно высокие температуры и поэтому применяется в качестве теплозащитного и теплоизоляционного материала. Газонаполнительные полимерные материалы. Эти материалы подразделяются на пенопласты, у которых микроскопические ячейки, заполненные газом, не сообщаются между собой. Эти материалы отличаются высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами и находят применение в холодильной, химической технике, в судо- и самолетостроении, а также для изготовления лодок, пантонов, спасательных средств.

Операции при изготовлении изделий. Табл. 2

____________________________________________________________________

Наименование Содержание Оборудование

операции операции

Прессование. Получение изделий из пресс-материалов Все виды

после воздействия температуры и давления. прессов.

Все виды Подача в закрытую форму под давлением Все виды

литья. расплава полимерного материала для литьевых

получения изделия. машин.

Экструзия. Плавление, пластификация и непрерывное Одно- или

выдавливание через фильеру определенного двухшнековые

профиля изделий. экструдеры.