Загальна характеристика пластичних мас

Лекція № 9

Тема: «Пластичні маси»

Пластичні маси (далі - пластмаси) - це синтетичні матеріали, одержані на основі органічних і елементо - органічних полімерів.

Властивості пластмас визначаються властивостями полімерів, складають їх основу.

За складом пластмаси можуть бути простими (термопласти - хімічні полімери лінійної або розгалуженої структури) і складними (які крім полімерів, містять різні добавки: наповнювачі, барвники, пластифікатори, затверджувачі і т.д.).

Сполучна речовина є обов'язковим компонентом. Такі прості пластмаси, як поліетилен, взагалі складаються з одного сполучного речовини.

Наповнювачами служать тверді матеріали органічного та неорганічного походження. Наповнювачі надають пластмасам міцність, твердість, теплостійкість, а також деякі спеціальні властивості, наприклад антифрикційні або навпаки фрикційні. Крім того, наповнювачі знімають усадку при пресуванні.

Залежно від наповнювача розрізняють прес - порошкові, волокнисті і шаруваті пластмаси, а також пінопласти, коли наповнювач застосовується у вигляді газу (повітря або нейтральний газ).

Пластифікатори являють собою нелеткі рідини з низькою температурою замерзання. Розчиняючись в полімері, пластифікатори підвищують його здатність до пластичної деформації. Пластифікатори вводять для розширення температурної області високоеластичного стану, зниження жорсткості пластмас і температури крихкості. В якості пластифікатора застосовують складні ефіри, низькомолекулярні полімери та ін Пластифікатори повинні залишатися стабільними в умовах експлуатації. Їх наявність покращує морозостійкість і вогнестійкість пластмас.

До складу пластмас можуть також входити стабілізатори, отверджувачі, барвники та інші речовини.

Стабілізатори вводять в пластмаси для підвищення довговічності. Світлостабілізатори запобігають фотоокислення, а антиокислювачі - термоокислювальну реакції.

Отвердителі змінюють структуру полімерів, впливаючи на властивості пластмас. Найчастіше використовують отверджувачі, що прискорюють полімеризацію. До них відносяться оксиди деяких металів, уротропін і ін

Спеціальні хімічні добавки вводять з різними цілями; наприклад, сильні органічні отрути - фунгіциди - для оберігання пластмас від цвілі і поїдання комахами в умовах тропіків.

Змащувальні речовини (стеарин, олеїнова кислота) застосовують для запобігання прилипання пластмаси до обладнання при виробництві та експлуатації виробів.

Барвники і пігменти надають пластмасам бажану забарвлення.

Для пластмас характерні наступні характеристики:

3 березня

• низька щільність (зазвичай 1-1,8 г / см, в деяких випадках 0,02-0,04 г / см);

• висока корозійна стійкість. Пластмаси не схильні до електрохімічної корозії, на них не діють слабкі кислоти і луги. Існують пластмаси, стійкі до впливу концентрованих кислот і лугів. Більшість пластмас нешкідливі в санітарному відношенні;

• високі діелектричні властивості;

• хороша окрашиваемость в будь-які кольори. Деякі пластмаси можуть бути виготовлені прозорими, що не поступаються за своїми оптичними властивостями склу;

• механічні властивості широкого діапазону. Залежно від природи обраних полімерів і наповнювачів пластмаси можуть бути твердими і міцними або ж гнучкими і пружними. Ряд пластику за своєю механічною міцністю перевершує чавун і бронзу. При одній і тій же масі пластмасова конструкція може по міцності відповідати сталевий;

• антифрикційні властивості. Пластмаси можуть служити повноцінними замінниками антифрикційних сплавів (олов'яних бронз, баббітів та ін.) Наприклад, поліамідні підшипники ковзання тривалий час можуть працювати без додавання мастильного матеріалу;

• високі теплоізоляційні властивості. Всі пластмаси, як правило, погано проводять теплоту, а теплопровідність таких теплоізоляторів, як піно- і поропласти, майже в 10 разів менше, ніж у звичайних пластмас;

• хороші технологічні властивості.

Вироби із пластмас виготовляють способами безвідходної технології (без зняття стружки) - литтям, пресуванням, формуванням із застосуванням невисоких тисків або у вакуумі.

Недоліком більшості пластмас є їх невисока теплостійкість (100-120 ° С). В даний час верхня температурна межа для деяких пластмас

піднявся до 300-400 ° С. Пластмаси можуть працювати при помірно низьких температурах (до -70 ° С), а в окремих випадках - при кріогенних температурах. Недоліками пластмас також є їх низька твердість, схильність до старіння, повзучість, нестійкість до великим статичним і динамічним навантаженням. Проте достоїнства пластмас значно перевершують їх недоліки, що зумовлює високі темпи зростання їх щорічного виробництва.

Властивості пластмас залежать від складу окремих компонентів, їх поєднання і кількісного співвідношення, що дозволяє змінювати характеристики пластиків у досить широких межах.

За характером сполучного речовини пластмаси поділяють на термопластичні (термопласти), одержані на основі термопластичних полімерів, і термореактивні (реактопласти), одержані на основі термореактивних смол. Термопласти зручні для переробки у вироби, дають незначну усадку при формуванні (1-3 %). Матеріал відрізняється великою пружністю, малою крихкістю і здатністю до орієнтації. Зазвичай термо ¬ пласти виготовляють без наповнювача. В останні роки стали застосовувати термопласти з наповнювачами у вигляді мінеральних та синтетичних волокон (органопласти).

Термореактивні полімери після затвердіння і переходу сполучного в термостабільне стан тендітні, часто дають велику усадку (до 10-15 %) при їх переробці, тому в їх склад вводять підсилюють наповнювачі.

По виду наповнювача пластмаси ділять на порошкові (карболіту) з наповнювачами у вигляді деревної муки, графіту, тальку та ін; волокнисті з наповнювачами у вигляді очосів бавовни та льону (волокніту), скляного волокна (стекловолокніти), азбесту (асбоволокніти); шаруваті, містять листові наповнювачі (аркуші паперу в гетинаксе, бавовняні, скляні, асбес ¬ товие тканини в текстоліті, стеклотекстолите і асботекстоліте, деревне шпон в древеснослоїстих пелюстках); газонаповнені (наповнювач - повітря або нейтральні гази - піно- і поропласти).

По застосуванню пластмаси можна підрозділити на силові (конструкційні, фрикційні та антифрикційні, електроізоляційні) і несилові (оптично прозорі, хімічно стійкі, електроізоляційні, теплоізоляційні, декоративні, ущільнювальні, допоміжні). Але це розподіл умовно, оскільки одна і та ж пластмаса може володіти різними властивостями.

2. Термопластичні пластмаси (термопласти)

В основі цих пластмас лежать полімери лінійних і розгалужених структур, іноді до складу вводять пластифікатори. Вони здатні працювати при температурі до 70 ° С, спеціальні термостійкі полімери до 400-600 ° С.

Межа міцності термопластів 10-100 МПа, модуль пружності (1,8-3,5) 10 МПа. Тривале статичне навантаження знижує міцність термопласта через появу вимушено-еластичної деформації. Основні види термопластів:

Поліетилен (ПЕ) - структурна формула:

Неполярний, виходить полімеризацією газу етилену при низькому або високому тиску.

За щільністю поліетилен поділяють на поліетилен низької щільності, що отримується в процесі полімеризації при високому тиску (ПЕВТ), що містить 55-65 % кристалічної фази, і поліетилен високої щільності, що отримується при низькому тиску (HDPE), що має кристалличность до 74 ¬ 95%.

Чим вище щільність і кристалличность поліетилену, тим вище міцність і теплостійкість матеріалу. Тривало поліетилен можна застосовувати при температурі до 60-100 ° С. Морозостійкість досягає -70 ° С і нижче. Поліетилен хімічно стійкий і при нормальній температурі не розчиняється ні в одному з відомих розчинників.

Недоліком поліетилену є його схильність старінню. Для захисту від старіння в поліетилен вводять стабілізатори та інгібітори (2-З % сажі уповільнюють процеси старіння в 30 разів).

Під дією іонізуючого випромінювання поліетилен твердне: набуває велику міцність і теплостійкість.

Поліетилен високого тиску (ПЕВТ) має більш розгалужені макромолекули. Поліетилен здатний довго працювати при температурі 60 ¬ 100 ° С. Морозостійкий до -70 ° С, хімічно стійок в розчинниках, при 20 ° С -еластичний діелектрик. Схильний до старіння, тобто зміни властивостей з часом. Для захисту від старіння вводять сажу (2-3 %). Випускається у вигляді плівки, листів, труб, блоків. Застосовується для ізоляції проводів, корозійно -стійких труб, прокладок, ущільнювачів, шлангів, деталей високочастотних установок, оболонок контейнерів.

Полістирол (ПС) - структурна формула:

Полярний, аморфний, що має переважно лінійну будову. Володіє високою твердістю і жорсткістю. Має високі діелектричні властивості, хімічну стійкість у лугах і кислотах, маслах. При температурі вище 200 ° С розкладається з утворенням стиролу. Полістирол крихкий при низьких температурах, на поверхні поступово утворюються тріщини, що призводять до руйнування.

Полівінілхлорид (ПВХ) - лінійний аморфний полімер, структурна формула:

Полярний, існує у двох видах - блочний вініпласт і пластикат. Вініпласт містить стабілізатори, а пластикат - пластифікатори. ПВХ стійок в багатьох хімічно активних середовищах. Застосовують як захисні покриття, у вигляді труб для подачі агресивних газів, рідини, води. Пластикат, що містить до 40% пластифікатора, випускається у вигляді труб, листів, стрічок, як шкірозамінник, ущільнювач гідросистем, ізолятор проводів.

Поліметшакрілат (органічне скло) - структурна формула:

Аморфний полімер, полярний, прозорий, стійкий до розбавлених кислот і лугів, але розчиняється в органічних кислотах, може працювати при температурі від -60 до + 80 ° С. Випускається у вигляді листів 0,8-4 мм для виготовлення багатошарового скла (триплекс), скління кабін літаків та автомобілів, створення оптичних лінз.

Політетрафторетилен (фторпласт 4) - структурна формула:

Неполярний, має аморфно - кристалічну структуру, здатний працювати при температурі до 250 ° С. Має невисоку твердість, володіє унікальною хімічною стійкістю в соляній, сірчаної, азотної кислотах, царській горілці, в лугах і перекису. Цей матеріал не горить і не змочується водою і багатьма рідинами. Чи не охрупчивается до -269 ° С і зберігає пластичність до -80 ° С. Має низький коефіцієнт тертя (0,04), що не залежить від температури.

Недоліком є токсичність через виділення фтору під час роботи при високих температурах і трудність переробки через низьку пластичності.

Служить для виготовлення деталей, стійких до дії агресивних середовищ (ємності для зберігання сильних окислювачів, акумулятори, труби, шланги, мембрани, ущільнювачі, антифрикційні покриття на металевих втулках, підшипниках, а також на електричних та радіотехнічних деталях). Властивості деяких термопластів наведено в табл. 1.

3. Термореактивні пластмаси (термореактопласти)

Ці матеріали виготовляються на основі термореактивних смол-формальдегідних, аміноальдегідних, епоксидних, кремнеорганічною, поліамідних, поліефірів, які є сполучною речовиною. Смоли склеюють як окремі шари наповнювача, так і елементарні волокна, сприймаючи навантаження одночасно з ними. Це полярні матеріали, що мають коефіцієнт лінійного розширення, близький до наповнювача - порошкам, волокнам та ін..

Таблица 1
Материал	Плотность, кг/м^3	Рабочая температура, °С	σв, МПа при растяже нии	Модуль упругос ти, МПа	δ,% на разрыв	Ударная вязкость, КДж/м^2
		mmin	mmах
Полиэтален ПЭВД	913-29	-70		10-17	120-260	15-20	Не ломается
Полиэтален ПЭНД	949-53	-70		18-35	650-750	10-12	2-150
Полистирол	1050-080	-20				1,5	16-20
Фторопласт4	215-2240	-269		14-35	470-850	250-500	10-100
Поливинилхл орид		-40		40-120	2600­3000	5-100	75-80
Полиметилакр ид		-60		63-100	2900­4160	2,5-20	8-18

Пластмаси з порошковим наповнювачем. В якості наповнювача застосовують деревну муку, мелені кварц, азбест, слюду, графіт і т.д. Мають невисокі механічні властивості, водостійкі, хімічно стійки, володіють підвищеними електроізоляційними показниками, стійкі до вологого тропічного клімату.

Пластмаси на основі резольних і наволочних смол з азбестовим або слюденним наповнювачем. Жаростойки і вологостійкі. Маркуються ці пластмаси буквою К - номером сполучною смоли, і цифрою, що відповідає наповнювачу: целюлоза - 1, деревне борошно - 2, слюдяная борошно - 3, плавиковий шпат - 4, мелений кварц - 5, азбест - 6. Наприклад, К220 -2-3 резольного смола № 220, деревна (2) і слюдяная (3) борошно.

Прес - порошки діляться на три групи:

1 - для ненавантажених деталей, 2 - для деталей електротехнічного призначення, 3 - спеціального призначення (волого-і теплостійкі, грибостійкості, підвищеної міцності).

Пластмаси з волокнистих наповнювачем. Залежно від наповнювача розрізняють такі марки пластмас: бавовняне пачоси (волокна) Вл, азбестові нитки (асбоволокніт) К6, КФ3, скляне волокно - Скловолокно (АГ- 4В, АГ- 4С). Ці матеріали мають більшу, ніж порошкові пластмаси, ударною в'язкістю і міцністю при розтягуванні.

Асбоволокніти. Наповнювач - азбест, сполучна - формальдегідні смола. Застосовують для фрикційних дисків, колодок гальм.

Стекловолокніти. Наповнювач - скловолокно, сполучна - синтетична смола. Застосовують для деталей будь-якої конфігурації, що працюють в діапазоні температур -60 ° до 200 ° С. Волокніту застосовують також для деталей загального технічного призначення: силові деталі (шківи, моховики, втулки), електроізолятори.

Шаруваті пластмаси (текстоліти). Наповнювач - листи різних матеріалів, укладені шарами. Вони додають матеріалу пластичність але формують анізотропію властивостей. Сполучною є різні смоли. Матеріал випускають у вигляді заготовок, труб, листів, з яких роблять різні деталі.

Текстоліт. Наповнювач - бавовняна тканина, связущее - термореактивні смоли. За призначенням поділяються на конструктивні (ПТК, ПТ, ПТМ), електротехнічні (А, БГ, ВЧ), гнучкі - прокладочні. Застосовуються для виготовлення зубчастих коліс, вкладишів підшипників. Можуть заміняти бронзу. Робоча температура не повинна перевищувати 90 ° С. Вкладиші підшипників застосовують у прокатних станах, турбінах, насосах і т.д.

Асботекстоліт. Наповнювач - азбестова тканина і до 43 % связующе смоли. Конструкційний, фрикційний і термоізоляційний матеріал.

Застосовують для виготовлення лопаток бензонасосів, фрикційних дисків, гальмівних холодок, в якості теплозахисного та теплоізоляційного матеріалу.

Склотекстоліт. Наповнювач - скляні тканини з органічно скла. Має високу міцність (ів > 500 МПа), по питомій міцності перевершує металеві сплави, коррозіонностоек, теплостоек, має високі діелектричні властивості. Широко застосовується в літакобудуванні, електротехніці (обшивка крил, закрили деталі оперення і т.д.).

Марки: КАСТ (основа - формальдегідні смола), СТК, СТК- 9Ф, СК- 9А (основа - кремнійорганічні смоли).

ДСП - деревно - шарувата пластмаса. Наповнювач - тонкі листи деревного шпону, просочені феноло - і крезольно - формальдегідних смолами і спресовані у вигляді листів і плит. Має високі фізики механічні властивості, низький коефіцієнт тертя. Замінює текстоліт, кольорові сплави. Застосовують для зубчастих коліс, що працюють без шуму, підшипників, втулок, шківів, деталей човнів, текстильних машин і т.д.

Гетінакс. Наповнювач - папір, основа - різні смоли. Розрізняю два види пластмас - електротехнічні та декоративні. Декоративний вид пластмас працює при температурі 120-140 ° С, стійкий проти хімічного впливу. Застосовується для обшивки вагонів, кабін літаків, кают, в будівництві.

Дата добавления: 2014-01-05