Пластмассы, как конструкционный материал - ABCD42.RU

Пластмассы, как конструкционный материал

Пластмассы как конструкционный материал

Особенностями пластмасс являются малая плотность (1—2 т/м 3 ), низкая теплопроводность (0,1÷0,3 Вт/м · К). Они обладают хороши­ми электро-, тепло-, звукоизоляционными свойствами. Это опреде­ляет использование пластмасс как специальных материалов.

Модуль упругости и механические свойства пластмасс значи­тельно ниже, чем у металлических материалов, при длительных нагружениях может проявляться ползучесть, кроме того, они подвержены старению. Эти обстоятельства не по­зволяют использовать пластмассы для ответственных, нагруженных деталей. В основном они применяются для вспомогательных дета­лей — рукоятки, панели и т. д. Помимо рассмотренных случаев пла­стмассы и резины широко используют для изготовления пленочных материалов в упаковочных технологиях, трубопроводов, уплотнительных прокладок и т. п.

Вместе с тем ряд особенностей пластмасс определяет их функ­циональное применение в ответственных узлах, определяющих работоспособность оборудования. Это трибологические (антифрикционные и фрикционные), а также виброгасящие свойства, определяемые малым модулем упругости.

Антифрикционные пластмассы.В качестве антифрикционных ма­териалов используются как термореактивные, так и термопластич­ные пластмассы. Это текстолит и ДСП (термореактивные), капрон, фторопласт (термопластичные) и др. Отличительными особенностями этих материалов является то, что их работоспособность ухудшается при отсутствии смазки, а также при попадании воды в зону трения. В этих условиях они изнашиваются значительно медленнее, чем бронза — традиционный антифрикционный металли­ческий сплав. Так, если при трении без смазки принять скорость изнашивания капрона за 1, то для текстолита эта величина составит 1,6, а для бронзы 11,5. Кроме того, пластмассы значительно меньше изнашивают сопряженное с ними в узлах трения контртело. Износ стального вала, работающего в капроновых подшипниках, значи­тельно меньше, чем в бронзовых или баббитовых подшипниках.

Вместе с тем следует отметить, что применение антифрикцион­ных пластиков ограничено. Они работоспособны лишь в малона­груженных узлах трения — при небольших давлениях (из-за низких механических свойств) и невысоких скоростях, т. е. при низких температурах (выход из строя полимерных подшипников обычно связан с повышением температуры на поверхностях трения, при этом реактопласты обугливаются, а термопласты оплавляются и те­кут; допустимая температура эксплуатации не более 80 °С).

Наиболее высокими антифрикционными свойствами обладает Фторопласт-4. Коэффициент трения в парах со сталью и чугуном у фторопласта в несколько раз ниже, чем у бронз и цинковых сплавов. Так, в паре трения с чугуном СЧ20 при скорости сколь­жения 20 мм/мин коэффициенты трения составляют: для бронзы БрОЦС6-6-3 — 0,19, для цинкового сплава ЦАМ10-5—0,15, а для Фторопласта-4 — 0,04.

Фторопласт-4 обладает достаточно высокой теплостойкостью и стабильностью свойств при повышении температуры, но из-за не­высокой прочности и хладотекучести его применение в чистом виде возможно лишь в малонагруженных узлах трения. В промышленно­сти применяют наполненные материалы на основе Фторопласта-4: Ф4К20 и Ф4К15М5 (К — кокс, М — Мо2S).

Материалы на основе фторопласта и текстолит используют для направляющих скольжения. Фторопласт, капрон и ряд других поли­мерных материалов применяют для изготовления подшипников скольжения. Применяются также комбинированные металлопластиковые подшипники, выдерживающие большие нагрузки.

Фрикционные пластмассы.Эти материалы применяют в тормоз­ных устройствах, фрикционных муфтах сцепления. Наиболее широ­кое применение нашли фрикционные асбополимерные материалы (ФАПМ). Это связано со свойствами асбеста: термостойкостью, вы­соким коэффициентом трения в парах с чугуном и сталью (0,43÷45).

Кроме того, асбест обладает способностью очищать поверхность трения от загрязнений. Часто ФАПМ именуют одним общим назва­нием «феродо» (по названию английской фирмы), но надо иметь в виду, что свойства этих материалов могут значительно отличаться в зависимости от типа и количества связующего и асбестового напол­нителя.

Для изготовления ФАПМ используют каучуковое, смоляное и комбинированное связующее. Асбест используют в виде ткани, кар­тона, асбестовой массы. ФАПМ на каучуковом связующем (ЭМ-1, ЭМ-2) мягкие, эластичные, допускающие гибку с различными ра­диусами. Эти материалы не обладают высокой термостойкостью, температура эксплуатации не выше 200 °С. Наиболее высокой тер­мостойкостью обладают ФАПМ марок Ретинакс-А и Ретинакс-Б, они допускают кратковременные нагревы до 1000 и 700 °С соответ­ственно и длительно работают при нагреве поверхности до 300 °С. Ретинакс-А формуется из асбосмоляного материала, армированного латунной проволокой, отличие Ретинакса-Б — отсутствие проволо­ки. По термостойкости большое количество ФАПМ занимают про­межуточное положение между материалами марок ЭМ и Ретинакс. Например, рабочая температура материала на основе комбиниро­ванного связующего (смола + каучук), используемого для изготов­ления тормозных дисков легковых автомобилей, составляет 450-500 °С.

Основное применение ФАПМ — сменные тормозные накладки. Для увеличения срока службы узлов трения материалы пар трения и их твердость следует выбирать так, чтобы обеспечивался малый из­нос металлических контртел, а не сменных накладок. Твердость различных ФАПМ колеблется в широких пределах (15÷48 НВ).

Виды пластмасс

Пластмасса — это высокопрочный, эластичный материал, который при нагревании становится мягким и пластичным. В этот промежуток времени из нее можно слепить практически все что угодно. После остывания изделие вновь становится твердым.

Краткая история появления

Считается, что первооткрывателем пластмассы был британский изобретатель Паркс. В 1855г. он решил чем-нибудь заменить материал бильярдных шаров. В то время они состояли из слоновой кости.

Он смешал масло камфорного дерева, нитроцеллюлозу (хлопок + азотная и серная кислота) и спирт. При нагревании получил однородную жидкую смесь, которая при охлаждении застыла и стала твердой. Это и была первая разновидность пластмассы, полученная искусственным путем из природных и химических материалов.

И только через сто лет в 1953г. немецкий профессор Штаудингер открыл синтетическую макромолекулу (молекула с очень большим количеством атомов и большой массой). Она то и стала базовой прародительницей для получения разнообразных видов промышленного пластика.

Если не вдаваться в научные подробности, новые виды пластмасс создаются следующим образом: в макромолекуле, особым образом, меняют расположение звеньев малых молекул. Эти цепочки называются полимерами. От этих «перестроений» рождаются материалы с определенными физико-механическими характеристиками.

Химики всего мира сразу, после этого открытия, стали выстраивать из этих кубиков трансформеров конструкции с ранее невиданными свойствами.

Свойства

Изделия из пластмасс имеют следующие особенности:

1. Для дизайнеров и инженеров это тот материал, из которого можно изготавливать самые сложные по форме конструкции.
2. Отличаются экономичностью в сравнении с аналогичными продуктами из других материалов. Малые энергетические затраты при производстве. Простота формовки.
3. Почти все виды пластика не нуждаются в покраске, так как они имеют свои различные цветовые гаммы.
4. У них небольшой вес.
5. Обладают высокой эластичностью.
6. Являются отличными диэлектриками (т.е. практически не проводят электрический ток).
7. Обладают низкой теплопроводностью (отличные теплоизоляторы).
8. У материалов высокий коэффициент шумоизоляции.
9. Не подвержены, в отличие от металлов коррозии.
10. Имеют хорошую устойчивость к перепадам дневных и межсезонных температур.
11. У пластиков высокая стойкость ко многим агрессивным химическим средам.
12. Они могут выдержать большие механические нагрузки.

Применение пластмасс

Пластмассы прекрасно могут заменять функции многих, более дорогих в изготовлении, металлических, бетонных или деревянных изделий. И в промышленности и в быту этот материал используется повсеместно.

1. На наземном, морском и авиационном транспорте применение пластмассовых частей и деталей машин существенно снижает их вес и стоимость.

2. В машиностроении из пластика изготавливают: технологическую оснастку; подшипники скольжения; зубчатые и червячные колеса; детали тормозных устройств; рабочие емкости и прочее.

3. В электротехнике многие виды пластмасс используют для производства корпусов приборов, изоляционного материала и др.

4. В строительстве применяют сделанные из пластика несущие конструкции, отделочные и кровельные материалы, вентиляционные устройства, навесы, панели, двери, окна, рабочий инструмент и др.

5. В сельском хозяйстве из пластиковых полупрозрачных листов сооружают теплицы.

6. В медицине большинство аппаратов и приборов состоят из пластмассовых частей и деталей. А многие человеческие органы чаще всего заменяют их пластиковыми аналогами.

7. В быту полно изделий из пластика. Это — посуда, телевизоры, компьютеры, мобильные телефоны, обувь, одежда и др.

Маркировка пластмасс

Умение правильно расшифровывать буквенную маркировку пластика необходимо хотя бы для того, чтобы не нанести непоправимый вред здоровью при пользовании изделиями из этого материала.

Некоторые виды пластика способны медленно разрушать организм человека. Отказаться от них полностью мы не сможем, но уменьшить отрицательное влияние вполне реально.

Внимательно изучайте товар, который планируете купить. Производитель обязан маркировать свои изделия. Если специальное обозначение отсутствует — это должно вас насторожить.

Сами пластмассы не являются канцерогенами, а ими могут быть некоторые вещества в них содержащиеся. Они добавляются производителями для получения тех или иных свойств материала.

Определиться с типом пластика возможно, если на изделии имеется соответствующая маркировка. Обозначение часто наносят в виде треугольника, стороны которого состоят из трех стрелок. Под фигурой – аббревиатура, а внутри – цифра. На промышленных продуктах маркировка обычно выштамповывается в своеобразных скобках. Например, это может выглядеть так: >PC PUR >PP/EPDM – так обозначается полиэтилен высокой плотности и полиэтилен низкого давления. Используют при изготовлении пластиковых пакетов, пищевых контейнеров, посуды, тары для моющих средств, ненагруженных деталей оборудования, покрытий, футляров и фольги. Относительно безопасен, но может выделять токсичное вещество (формальдегид).

(3) PVC или V — это маркировка поливинилхлорида (или просто — ПВХ). Используется только в технических целях при производстве химического оборудования, различных деталей, элементов напольных покрытий, изоленты, жалюзи, мебели, окон, труб и тары. Эти виды пластмасс при сжигании выделяют много ядовитых веществ.

Читайте также  Охраняемые объекты Пермского края

(4) LDPE или PEBD – обозначение полиэтилена низкой плотности и высокого давления. Из него изготавливают пакеты, брезент, мусорные мешки, компакт-диски и линолеум. Относительно безопасен для человека, но вреден в плане экологии.

(5) PP – маркировка полипропилена. Используют для изготовления детских игрушек, пищевых контейнеров, упаковок и медицинских шприцов. Идеальный материал для труб, элементов холодильного оборудования и деталей в автомобильной промышленности. Практически безвреден, хотя в некоторых случаях может выделяться формальдегид – ядовитый для здоровья человека газ.

(6) PS – полистирол. Из него изготавливают сэндвич-панели, теплоизоляционные строительные плиты, оборудование, изоляционные пленки, стаканчики, чашки, столовые приборы, пищевые контейнеры, лоточки для различных видов продуктов. Не рекомендуется для повторного использования. В случае горения выделяет ядовитый стирол.

(7) O или OTHER– полиамид, поликарбонат и другие виды пластмасс. Используют в производстве точных деталей машин, радио- и электротехники, аппаратуры, а также при изготовлении бутылок для воды, игрушек, бутылочек для детей и упаковок. При частом нагревании или мытье выделяют вещество (бисфенол А), ведущее к гормональным сбоям в человеческом организме.

В строительстве часто используют следующие виды пластика:

Полимербетон. Это композиционный материал, созданный на основе термореактивных полимеров на основе эпоксидной смолы. Хрупкость этого пластика нивелируется волокнистыми наполнителями – стекловолокном и асбестом. Полимербетон применяется при изготовлении конструкций, стойких к различным агрессивным средам.

Стеклопластик – листовой материал из тканей и стеклянных волокон, связанных полимером.

• Напольные материалы – это разные виды вязких жидких составов на основе полимеров и рулонные покрытия. Широко применяется в строительстве поливинилхлоридный линолеум. Он обладает хорошими теплозвукоизоляционными показателями.

К термореактивным видам пластмасс относятся:

Фенопласт. Применяется для изготовления вилок, розеток, пепельниц корпусов сотовых телефонов, радиоприборов и изделий галантереи.

Аминопласты. Используют в производстве электротехнических деталей, клея для дерева, пенистых материалов, галантереи и тонких покрытий для украшений.

Стекловолокниты. Они чаще всего, применяются в машиностроении для изготовления крупногабаритных изделий несложных форм (лодок, кузовов автомобилей, корпусов приборов и пр.) и силовых электротехнических деталей.

Полиэстеры – на их основе создают части автомобилей, спасательные лодки, корпусы летательных аппаратов, кровельные плиты для крыш, мебель, мачты для антенн, плафоны ламп, удочки, лыжи и палки, защитные каски и др.

Эпоксидная смола — применяется как изоляционный материал: в трансформаторах, электромашинах и приборах, в радиотехнике (для печатных схем) и при производстве телефонной арматуры.

Производство

Основным сырьем при производстве пластмасс является этилен. С его помощью получают полиэтилен, полистирол и поливинилхлорид.

Нарушение технологии режима полимеризации, ухудшает качество готовой продукции. В ней могут появиться поры в виде пузырьков и разводов. Существуют следующие виды пористости пластмассы: гранулярная, газовая и пористость сжатия. Такие дефекты недопустимы при изготовлении продуктов, влияющих на здоровье человека, например съемных протезов. Для их изготовления используются базисные пластмассы (самотвердеющие, при смешивании специального порошка и жидкости, материалы).

Существует несколько основных технологий производства пластмассовых изделий:

1. Технология выдувания. Хорошо разогретая формовочная масса заливается в открытую опоку, после чего ее герметично закрывают. Затем туда подается сжатый воздух, который распыляет горячий пластик по стенкам заданной формы.
2. Формовка посредством вакуума (процесс изготовления проводится с перепадами воздушного давления).
3. Технология литья. Жидкая пластмасса заливается в специальные емкости, в которых происходит охлаждение и формовка материала.
4. Метод экструзии. Размягченную пластичную массу, продавливают через специальные отверстия в приспособление, которое формирует готовое изделие.
5. Прессование. Это самый распространенный способ получения продукции из термоактивных пластмасс. Формование выполняется в специальных опоках под воздействием высокого давления и температуры.

Тонет ли пластик в воде?

По поведению пластика в воде можно определить его вид.

Плотность воды известна – 1,10 г/куб.см. Для разных видов пластмасс она варьируется от 0,90 г/куб.см до 2,21 г/куб.см.

Легче воды только:

1. Полипропилен (0,90 г/куб.см).
2. Полиэтилен высокого давления (0,92 г/куб.см).
3. Полиэтилен низкого давления (0,96 г/куб.см).

Только эти виды пластика будут плавать, остальные пойдут ко дну.

Одним из самых тяжелых видов пластика является фторопласт с плотностью — 2,20 г/куб.см.

Пластмассы. Состав, свойства, применение пластмасс

Пластмассы (пластики) представляют собой органические материалы на основе полимеров, способные при нагреве размягчаться и под давлением принимать определённую устойчивую форму.

Полимеры – это соединения, которые получаются путем многократного повторения (рис. 1), то есть химического связывания одинаковых звеньев – в самом простом случае, одинаковых, как в случае полиэтилена это звенья CH2, связанные между собой в единую цепочку. Конечно, существуют более сложные молекулы, вплоть до молекул ДНК, структура которых не повторяется, очень сложным образом организована.

Рис. 1. Формы макромолекул полимеров

1. Компоненты, входящие в состав пластмасс

В большинстве своем пластмассы состоят из смолы, а также наполнителя, пластификатора, стабилизатора, красителя и других добавок, улучшающих технологические и эксплуатационные свойства пластмассы. Свойства полимеров могут быть в значительной степени улучшены и изменены, в зависимости от требований, предъявляемых различными отраслями техники, с помощью различных составляющих пластмассы.

Наполнители служат для улучшения физико-механических, диэлектрических, фрикционных или антифрикционных свойств, повышения теплостойкости, уменьшения усадки, а также для снижения стоимости пластмасс. По массе содержание наполнителей в пластмассах составляет от 40 до 70 %. Наполнителями могут быть ткани, а также порошкообразные и волокнистые вещества.

Пластификаторы увеличивают пластичность и текучесть пластмасс, улучшают морозостойкость. В качестве пластификаторов применяют дибутилфталат, трикрезилфосфат и др. Их содержание колеблется в пределах 10 – 20 %.

Стабилизаторы вещества, предотвращающие разложение полимерных материалов во время их переработки и эксплуатации под воздействием света, влажности, повышенных температур и других факторов. Для стабилизации используют ароматические амины, фенолы, сернистые соединения, газовую сажу.

Красители добавляют для окрашивания пластических масс. Применяют как минеральные красители (мумия, охра, умбра, литопон, крон и т. д.), так и органические (нигрозин, родамин).

Смазочные вещества стеарин, олеиновая кислота, трансформаторное масло – снижают вязкость композиции и предотвращают прилипание материала к стенкам пресс-формы.

2. Классификация пластмасс

В зависимости от поведения связующего вещества при нагреве пластмассы разделяют на термореактивные и термопластичные.

Термореактивные пластмассы при нагреве до определенной температуры размягчаются и частично плавятся, а затем в результате химической реакции переходят в твердое, неплавкое и нерастворимое состояние. Термореактивные пластмассы необратимы: отходы в виде грата и бракованные детали обычно используют после измельчения только в качестве наполнителя при производстве пресспорошков.

Термопластичные пластмассы при нагреве размягчаются или плавятся, а при охлаждении твердеют. Термопластичные пластмассы обратимы, но после повторной переработки пластмасс в детали физико-механические свойства их несколько ухудшаются.

К группе термореактивных пластмасс относятся пресспорошки, волокниты и слоистые пластики. Они выгодно отличаются от термопластичных пластмасс отсутствием хладотекучести под нагрузкой, более высокой теплостойкостью, малым изменением свойств в процессе эксплуатации. Термореактивные пластмассы перерабатывают в детали (изделия) преимущественно методом прессования или литьё под давлением (рис. 2).

Рис. 2. Схема и установка для получения деталей из термореактивных пластмасс

В таблице 1 приведены свойства, области применения и интервал рабочих температур некоторых термореактивных пластмасс. На рис. 3 показаны некоторые изделия из термореактивных пластмасс.

Рис. 3. Изделия, где применены термореактивные пластмассы

Технология изготовления термопластов довольно проста: гранулы засыпаются в камеру термопластавтомата, где, при необходимой температуре, переходят в текучее состояние, затем расплавленная масса попадает в специальную форму, где происходит прессование и дальнейшее охлаждение (рис. 4). Как правило, большинство термопластов может быть использовано вторично.

Рис. 4. Пресс-форма для литья пластмасс

В таблице 2 приведены свойства, области применения и интервал рабочих температур некоторых термопластичных пластмасс. На рис. 5 показаны некоторые изделия из термопластичных пластмасс.

Рис. 5. Изделия из термопластичных пластмасс

Выбор пластмассы для изготовления конкретного изделия определяется его эксплуатационными условиями. Критерии выбора разнообразны и зависят от назначения изделия. Основными критериальными характеристиками полимерных материалов являются механические (прочность, жесткость, твердость), температурные (изменения механических и деформационных характеристик при нагревании или охлаждении) и электрические. Последние отражают широкое применение пластмасс в радиоэлектронной и электротехнической отраслях. Кроме того, существенное значение приобрели триботехнические характеристики и ряд специальных свойств (огнестойкость, звукопоглощение, оптические особенности, химическая стойкость). Немаловажны также экономические условия (стоимость полимерного материала, тираж изделия, условия производства).

3. Механические свойства пластмасс

Механические свойства определяют поведение физического тела под действием приложенного к нему усилия. Численно это поведение оценивается прочностью и деформативностью. Прочность характеризует сопротивляемость разрушению, а деформативность — изменение размеров полимерного тела, вызванное приложенной к нему нагрузкой. Поскольку и прочность, и деформация являются функцией одной независимой переменной — внешнего усилия, то механические свойства еще называют деформационнопрочностными (рис. 6).

Рис. 6. Механические испытания пластмасс на деформацию прочность (слева), ударную вязкость (по центру), твёрдость (справа)

Читайте также  Способы начисления амортизации в налоговом и бухгалтерском учете

Модуль упругости является интегральной характеристикой, дающей представление прежде всего о жесткости конструкционного материала. Ударная вязкость характеризует способность материалов сопротивляться нагрузкам, приложенным с большой скоростью. В практике оценки свойств пластмасс наибольшее применение нашло испытание поперечным ударом, реализуемым на маятниковых копрах.

Твердость определяет механические свойства поверхности и является одной из дополнительных характеристик полимерных материалов. По твердости оценивают возможные пути эффективного применения пластиков. Пластмассы мягкие, эластичные, имеющие низкую твердость, используются в качестве герметизирующих, уплотнительных и прокладочных материалов. Твердые и прочные могут применяться в производстве деталей конструкционного назначения: зубчатых колес и венцов, тяжело нагруженных подшипников, деталей резьбовых соединений и пр. (рис. 7).

Рис. 7. Детали конструкционного применения из пластмасс

В таблице 3 указаны механические свойства термопластов общего назначения.

Несколько примеров по обозначению (см. табл. ниже).

ПЭВД Полиэтилен высокого давления ГОСТ 16337-77
ПЭНД Полиэтилен низкого давления ГОСТ 16338-85
ПС Полистирольная плёнка ГОСТ 12998-85
ПВХ Пластификаторы ГОСТ 5960-72
АБС Акрилбутодиентстирол ГОСТ 8991-78
ПММА Полиметилметаакрилат ГОСТ 2199-78

4. Сварка пластмасс

Сварке подвергаются только так называемые термопластичные пластмассы (термопласты), которые при нагревании становятся пластичными, а после охлаждения принимают первоначальные вид и свойства. Кроме них, существуют термореактивные пластмассы, которые изменяют свои свойства при нагреве. Нагревать пластмассы при сварке следует не выше температуры их разложения, т. е. в пределах 140—240 °С.

Пластмассы можно сваривать различными способами:

  • нагретым газом;
  • контактной теплотой от нагревательных элементов;
  • трением;
  • ультразвуком (рис. 8).

Основные условия для получения качественного соединения пластмасс при сварке следующие:

  1. Диаметр присадочного прутка не должен превышать 4 мм для достаточно быстрого его нагрева и обеспечения необходимой производительности сварки.
  2. Сварку следует вести по возможности быстро во избежание термического разложения материала.
  3. Необходимо точно выдерживать температуру сварки во избежание недостаточного нагрева или перегрева свариваемого материала.

На рис. 8 показано оборудование и методы сварки пластмасс.

Рис. 8. Сварочный экструдер для сварки пластмасс, полимеров

5. Другие свойства пластмасс

Химическая стойкость. Химическая стойкость пластмасс, как правило, выше, чем у металлов. Химическая стойкость пластмасс в основном определяется свойствами связующего (смолы) и наполнителя. Наиболее химически стойкими в отношении всех агрессивных сред являются фторсодержащие полимеры —фторопласты 4 и 3. К числу кислотостойких пластмасс в отношении концентрированной соляной кислоты могут быть отнесены винипласт и фенопласты с асбестовым наполнителем. Стойкими к действию щелочей являются винипласт и хлорвиниловый пластик.

Электроизоляционные свойства. Почти все пластмассы — хорошие диэлектрики. Этим объясняется их широкое применение в электро- и радиотехнике. Большинство пластмасс плохо переносит т. в. ч. и поэтому они применяются в качестве электроизоляционных материалов для деталей, которые предназначаются для работы при частоте тока 50 Гц. Однако такие ненаполненные высокополимеры, как фторопласт и полистирол, практически не меняют своих диэлектрических качеств в зависимости от частоты тока и могут работать при высоких и сверхвысоких частотах.

Повышение температуры, как правило, ухудшает электроизоляционные характеристики пластмасс. Исключение составляет полистирол, сохраняющий электроизоляционные свойства в интервале температур от —60 до +60° С, и фторопласт 4 — в интервале температур от —60 до +200°. С.

Фрикционные свойства. В зависимости от условий работы пластмассовые детали могут обладать различными по величине фрикционными характеристиками. Так, например, текстолит при малых нагрузках имеет малый коэффициент трения, что и позволяет широко использовать его вместо бронзы, антифрикционных чугунов и т. д. Коэффициент трения тормозных материалов типа КФ-3 высок, что и отвечает назначению этих материалов. Из этих двух примеров следует, что утверждение, высказанное выше, справедливо

Современные пластмассы и их применение в промышленности

В промышленности применяется множество современных материалов — пластиковых масс (пластмасс), основой для создания которых являются природные или синтетические полимеры с добавлением различных наполнителей, стабилизаторов, пигментов. Этот перспективный материал применяется не только как заменитель металлов и сплавов, но и как самодостаточный материал. Изготовление конструкций из пластмасс не так трудоёмко и энергоёмко, как из других материалов. Поэтому пластмассовые конструкции позволяют экономить природные ресурсы и промышленно важные материалы: легированные стали, драгоценные металлы, дерево. Ассортимент материалов велик. Наиболее популярные и повсеместно применяемые пластмассы полиацеталь , полиуретан, полиамид, винипласт представлены в «МетПромStar».

Полиацеталь — кристаллический порошок, продукт полимеризации формальдегида. Полимеру присущи отменные физико-механические качества: прочность, антифрикционность, антикоррозийность, устойчивость к химическим реагентам, климатическая стойкость, ударопрочность, превосходная обрабатываемость.

Полиацеталь применяется как заменитель металлов и сплавов в машиностроении и автомобильной промышленности (производство подшипников, зубчатых колес, деталей с точной обработкой), электротехнике (изготовление гигроскопичных изоляторов), химическом производстве (изготовление деталей насосов, фланцев и комплектующих). Полимер физиологически безвреден и устойчив к дезинфекции и стерилизации, поэтому заготовки из полиацеталя, получаемые методом литья под давлением, можно использовать в производстве оборудования для пищевой промышленности, изделий медицинского назначения, материалов для ортопедической стоматологии.

Полиуретан — синтетический эластомер, обладающий замечательными прочностными характеристиками: маслобензостойкость, кислотоустойчивость, износостойкость, а также диэлектрическими свойствами, большим диапазоном температур. По своим эксплуатационным качествам эластомер превосходит все типы каучуков, а также многие металлы. Полиуретан применяется в качестве заменителя резины при производстве изделий, предназначенных для работы в агрессивной среде, при больших нагрузках и температурах (от -60°С до +80°С), при высоком давлении. Методы переработки полимера – литье под давлением, эструзия. Используется полимер и в строительной, авиационной, горнодобывающей промышленности при производстве деталей машин и механизмов, подвергающихся большим силовым нагрузкам, в нефтеперерабатывающей промышленности при использовании изделий, стойких к растворителям и маслам. Всемирно известные марки полиуретана — адипрен, вулколлан, вулкопрен и др.

Полиамид — частично кристаллический термостойкий полимер. Он отличается высокой прочностью, тугоплавкостью, низким коэффициентом трения, вязкостью, стойкостью к воздействиям внешней среды. Полиамиды не растворимы в воде, устойчивы в бензине, щелочах, маслах, разбавленных кислотах. Технологический процесс получения волокон из полиамида состоит из трех этапов: синтез полимера, формование, текстильная обработка. Переработка полиамида производится методами литья под давлением, экструзии, прессования, полимеризации в форме, пневмоформования и вакуум-формования.

Как конструкционный материал, полиамиды с добавками стекловолокна, талька, графита, масла применяются в машиностроении. Антикоррозийные свойства полимера позволяют обеспечить защиту металлов и бетона. Также полиамидные волокна находят применение в медицинской промышленности (изготовление хирургических нитей, протезов, искусственных кровеносных сосудов), в текстильной промышленности (изготовление нитей, ткани), в легкой промышленности (использование в качестве клея, плёнки), в пищевой промышленности (производство оболочек для колбасных изделий).

Винипласт — термопластичная жёсткая пластмасса с наполнителями в виде асбеста, талька, кварца, древесной муки, других веществ. Полимер содержит антиоксиданты и стабилизаторы, предотвращающие разрушение материала при переработке и эксплуатации, а также смазывающие вещества, облегчающие обработку и переработку, пигменты и красители, обеспечивающие получение цветных изделий. Винипласты отличают высокая прочность при разрыве, изгибе, ударная вязкость, высокая химическая стойкость, морозостойкость до -10°С, теплостойкость до +60°С.

Полимер перерабатывается методами экструзии, прессования, литья под давлением в следующие виды изделий: листы, пленка, трубы, профилированные изделия, другие изделия сложной конфигурации. Винипласт применяется в электротехнике, автомобилестроении, строительной отрасли, химическом машиностроении, в медицинской и пищевой отраслях, при изготовлении трубопроводов, фитингов, стеклопакетов, емкостей.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Пластмассы: виды, состав и свойства

Пластмассы — это основные материалы современной экономики, сочетающие непревзойденную функциональность с низкой стоимостью. Будучи неотъемлемой частью экономики, известные виды пластмасс активно участвуют в самых разнообразных линейных производственно-сбытовых цепочках – от изготовления до утилизации продукции.

  • Что такое пластмасса?
  • Компонентный состав
  • Классификация пластмасс
  • Механические свойства
  • Другие свойства материала
  • Сварка пластмасс
  • Особенности маркировки
  • Сферы применения пластмасс

Что такое пластмасса?

Пластмассы — это термин, обычно используемый для описания широкого спектра синтетических или полусинтетических материалов, которые используются в огромном и постоянно растущем диапазоне приложений. Куда бы вы ни посмотрели, вы найдете пластик. Мы используем пластмассовые изделия, чтобы сделать нашу жизнь чище, проще, безопаснее и приятнее. Мы находим пластик в одежде, которую носим, ​​в домах, в которых мы живём, и в машинах, в которых мы путешествуем. Игрушки, с которыми мы играем, экраны, на которые мы смотрим, ІТ-инструменты, которые мы используем, и медицинское оборудование, от которого мы получаем выгоду, также содержат пластик.

Пластмассы представляют собой органические материалы, такие же как дерево, бумага или шерсть. Сырьё, которое используется для производства пластмасс — это натуральные продукты: целлюлоза, уголь, природный газ, соль, но, главным образом, сырая нефть.

Слово «пластик» происходит от греческого «plastikos», что означает «пригодный для лепки». Это относится к пластичности материала и к его удобной формуемости во время производства. Пластмассы удобно отливать в формы, прессовать или экструдировать в различном виде — плёнок, волокон, пластин, трубок, бутылок, коробок и т.д.

Мы говорим о пластике, как если бы это был единый материал, но есть на самом деле много разных пластиков. Пластмассы — это (в основном) синтетические (созданные руками человека) материалы, состоящие из полимеров. Эти полимеры представляют собой длинные молекулы, построенные вокруг цепочек атомов углерода (обычно с водородом, кислородом, серой и азотом), заполняющими пространства.

Можно думать о полимере как о большой молекуле, образованной повторением небольшого фрагмента, называемого мономером, снова и снова. «Поли» означает «много», поэтому «полимер» — это просто сокращение от «много мономеров». Если вы представите себе длинный автопоезд, состоящий из множества грузовиков, соединенных вместе, то на это как раз и похожи полимеры. Другими словами, полимеры обычно имеют очень большие и тяжёлые молекулы.

Читайте также  Структура и уровни социологического знания

Компонентный состав

Исходя из структуры типового полимера, пластмассами называются химические вещества, образующиеся в результате устойчивого слияния нескольких органических групп.

Все полимерные цепи основаны на углеводородах — молекулах, построенных из атомов водорода и углерода. Они получаются из нефти, природного газа или угля. Сырая нефть представляет собой густую вязкую смесь, содержащую тысячи различных углеводородов, которые необходимо отделить, прежде чем мы сможем её использовать. Это происходит на нефтеперерабатывающем заводе с помощью процесса, называемого фракционной перегонкой.

Данный процес является более сложной версией дистилляции, которая используется для очистки воды. Если мы нагреем воду, она в конечном итоге превратится в пар, который мы можем собрать, охладить и снова конденсировать в высокоочищенную или «дистиллированную» воду. Аналогичным образом производится очистка и перегонка сырой нефти. Все те углеводороды, которые она содержит, имеют молекулы разного размера и веса, поэтому они кипят и конденсируются при разных температурах.

Сбор и дистилляция различных частей сырой нефти при разных температурах даёт набор относительно простых смесей углеводородов, называемых фракциями, которые затем используются для изготовления различных типов пластмасс.

Полученные таким образом углеводороды являются сырьём для проведения реакций полимеризации, в результате которых образуются полимеры. Некоторые полимеры получают путём скрепления углеводородных мономеров вместе. Такой процесс называется аддитивной полимеризацией. Другие образуются путем соединения двух небольших углеводородных цепей и удаления молекулы воды. В результате создаётся более крупная углеводородная цепь. А сам процесс известен как конденсационная полимеризация.

Для ускорения полимеризации необходимо использовать определённые химические вещества, называемые катализаторами. Катализаторы — это вещества, которые повышают вероятность протекания химической реакции. Хотя они могут временно изменяться во время реакции, они снова появляются при её завершении конце в своей первоначальной форме; другими словами, они не меняются навсегда по мере того, как происходит реакция.

Поскольку эксплуатационные требования к пластмассам меняются, то часто приходится добавлять к основным углеводородам другие ингредиенты, чтобы получить полимер с точно правильными химическими и физическими свойствами. Эти дополнительные ингредиенты включают:

  • Красители (которые, как следует из названия, изменяют цвет пластика);
  • Пластификаторы (которые делают пластик более гибким, вязким, пластичным);
  • Стабилизаторы (чтобы пластмассы не разламывались под воздействием внешних факторов – света, давления, температуры);
  • Наполнители (обычно недорогие минералы, позволяющие экономить дорогостоящие углеводороды без ущерба для эксплуатационных характеристик конечного продукта).

Классификация пластмасс

Выполняется в зависимости от способа их получения. Их четыре:

  • Литье под давлением, которое включает в себя впрыскивание горячего пластика в форму. Пластмассовые зёрна пропускаются через шнек и нагреваются для получения расплава, который с помощью иглы впрыскивается в форму.
  • Выдувное формование, которое протекает практически аналогично, но после этого в пластик вдувается воздух, чтобы он расширился и заполнил форму.
  • Экструзия, заключающаяся в выдавливании пластика через сопло и формовочную головку (фильеру), выйдя из которой материал превращается в трубчатую заготовку.
  • Каландрирование – процесс, в котором используются ролики, изготавливающие плоские и гладкие листы пластмассы требующейся толщины.

Классификация пластмасс может быть также выполнена в зависимости от состава исходных компонентов. Значительное количество пластиковых полимеров изготавливаются из смол, однако во большинстве случаев используют сырую нефть. Сырая нефть представляет собой сложную смесь тысяч соединений, и её необходимо перед применением предварительно переработать – перегнать на нефтеперерабатывающем заводе.

Более детальная классификация, которая учитывает свойства пластмасс, рассматривается далее.

Термопласты

К термопластичным пластикам относятся такие их виды, которые изменяют свою пластичность при нагреве или иной форме передачи тепловой энергии (например, солнечной). В термопластах длинные молекулы полимера соединены друг с другом очень слабыми связями, которые легко разрываются, когда мы его нагреваем, и быстро снова восстанавливаются, когда действие тепла прекращается.

Термопласты легко плавить и перерабатывать. Некоторые повседневные примеры, с которыми приходится сталкиваться, это:

  • Полиэтилен (пластиковые бутылки и листы);
  • Полистирол (популярный упаковочный материал);
  • Полипропилен (пластиковые трубы, тросы);
  • Поливинилхлорид (игрушки, кредитные карты);
  • Поликарбонат (твердые пластиковые окна, корпуса автомобильных фар);
  • Полиамид (нейлон — используется в самых разных применениях, от чулок до зубных щёток и зонтиков).

Пенопласты получают исключительно полимеризацией исходного сырья.

Реактопласты

Реактопласты или термореактивные пластмассы обычно изготавливаются из полимерных цепей гораздо большего размера, чем термопласты. При первоначальном производстве они нагреваются или сжимаются, чтобы сформировать плотную, твёрдую структуру с сильными поперечными связями, связывающими каждую из этих длинных молекулярных цепей с её соседями. Этим они сильно отличаются от термопластов, где полимерные цепи связаны друг с другом только очень слабыми связями.

Невозможно просто нагреть термореактивные пластмассы, чтобы переделать или реформировать их. Как только они «затвердевают» (отверждаются) во время производства, они остаются такими как есть.

Термореактивные пластики используются реже. Наиболее яркими примерами таких материалов являются:

  • Полиуретан (изоляционный материал в зданиях);
  • Политетрафторэтилен (антипригарное покрытие кастрюль и сковородок);
  • Меламин (посуда);
  • Эпоксидная смола (прочный пластик, используемый для изготовления долговечных клеёв или шпатлёвок для дерева).

Эластомеры

Представляют собой эластичные материалы, состоящие из длинных цепочечных молекул полимеров, способных восстанавливать свою первоначальную форму после сильного растяжения. В нормальных условиях длинные молекулы, составляющие эластомерный материал, скручены нерегулярно. Однако с приложением усилия молекулы распрямляются в том направлении, в котором они тянутся. После высвобождения молекулы самопроизвольно возвращаются к своему обычному компактному беспорядочному расположению.

Эластомер с самой длительной историей использования — это полиизопрен, полимерный компонент натурального каучука, который производится из молочного латекса различных деревьев, чаще всего каучукового дерева гевеи. Натуральный каучук по-прежнему является важным промышленным полимером, из которого делают львиную долю резины для автомобильных шин. Правда, теперь и конкурирует с рядом синтетических каучуков — стирол-бутадиенового и бутадиенового каучук, которые получают из побочных продуктов нефти и природного газа.

Полимерная молекула эластомера состоит из нескольких тысяч повторяющихся химических звеньев или мономеров, связанных ковалентными связями. Совокупность связанных звеньев часто называют «цепью», а атомы, между которыми происходит химическая связь, составляют «основу» цепи.

В большинстве случаев полимеры состоят из углеродных скелетов, то есть цепочек атомов углерода (C), связанных вместе одинарными (C ― C) или двойными (C = C) связями. Такие цепи очень гибкие, потому что вращение вокруг одинарных связей позволяет молекулам принимать множество различных конфигураций. На практике некоторые эластомеры довольно жёсткие. Например, молекулы полистирола и полиметилметакрилата состоят из относительно громоздких единиц, так что при комнатной температуре их свободное движение затрудняется сильной скученностью. Все эластомеры являются стеклообразными при температуре ниже характеристической температуры стеклования. Она колеблется от -125 °C (для силиконовых каучуков) до 100°C (для остальных видов эластомеров).

Механические свойства

Состав пластмасс во многом определяет их свойства, среди которых:

  • Прочность: мера сопротивления материала внешнему напряжению;
  • Жёсткость: способность сохранять свои размеры при внешних нагрузках;
  • Твёрдость: мера сопротивления материала деформации при сосредоточенномй сжимающем усилии;
  • Вязкость: способность материала поглощать энергию во время ударов

Такие свойства могут быть исследованы и сравниваться между различными продуктами с использованием стандартизованных методов испытаний.

Другие свойства материала

  • Плотность.
  • Теплопроводность/теплоёмкость;
  • Диэлектрическую проницаемость.
  • Электросопротивление.

Значения эксплуатационных параметров пластмасс указываются в технических требованиях на их производство.

Сварка пластмасс

Используется для неразъёмного соединенияя двух или более отдельных частей термопластичных материалов. Обычно к краям прикладывают тепло, чтобы расплавить края пластика до тех пор, пока кромки не будут соединены вместе.

Сварка пластика выполняется в три этапа: подготовка поверхности, применение тепла и давление и охлаждение.

Сваривать можно многие пластмассы, среди которых:

  • Акрил или полиметилметакрилат;
  • Поликарбонат;
  • Полиэтилен;
  • Полипропилен;
  • Полиэтилентерефталат;
  • Поливинилхлорид.

Сварка пластмасс. используется не только для соединения деталей, но и для их ремонта (например, заделка трещин).

Особенности маркировки

Выполняется согласно техническим требованиям соответствующих ГОСТ, ТУ а также DIN EN (для продукции импортного производства).

Сферы применения пластмасс

Пластмассы используют в строительстве, производстве одежды, упаковке, транспортировке и во многих других сферах повседневной жизни. Так, в зданиях пластик применяется при вторичном остеклении крыш, в составе тепло- и звукоизолирующих конструкций в составе многих типов красок. Электрические кабели изолируются пластиком, пластмассы применяют и для изготовления водосточных систем.

Широко распространены различные бытовые предметы – обувь, светотехника, рамы, одежда — полностью или частично изготовленные из пластмасс. До трети всех пластмасс, которые мы используем — это упаковка, предназначенная для защиты продуктов от порчи.

Среди промышленных применений пластика — крылья автомобилей и их кузова, подшипниковые узлы, трибы несиловых передач и пр.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: