Сортамент пластмасс и их переработка

Лекция № 9

Классификация пластических масс и их свойства. Пластмассы термопластичные и термореактивные. Применение в АТС.

Классификация по применению:

1. Для кратковременных или длительных мех. нагрузок: стеклонаполненные композиции полипропилена ПП, этролы, пентапласт, полисульфон ПСФ, полиамид ПИ, материалы на основе кремний органических соединений и др.;

2. Для низких температур (-40...-60 С): полиэтилены ПЭ, сополимеры этилена СЭП, СЭБ, СЭВ, полипропилен морозостойкий, фторопласт ФТ, полисульфон ПСФ, полиамиды ПИ и др.;

3. Антифрикционные пластмассы: фторопласты ФТ, полиамиды ПИ, текстолиты, фенопласты, полиформальдегид ПФ и др;

4. Пластмассы электротехнического назначения: полиэтилены, полистиролы, фторопласты, отдельные марки эпоксидных и кремнийорганических материалов и др.;

5. Для прозрачных изделий: полистирол ПС, прозрачные марки фторпласта ФТ, полиамидов, полисульфон ПСФ, эпоксидные смолы и др.;

6. Пластмассы тепло- и звукоизоляционного назначения: газонаполненные полиэтилены ПЭ, полистиролы ПС, поливинилхлориды, полиуретана ПУР, полиамида ПИ, фенопласта, аминопласта и др.;

7. Для агрессивных сред: полиэтилены ПЭ, фторопласты ФТ, полипропилен ПП, поливинилхлорид ПВХ, полиамиды ПИ, полисульфон ПСФ и другие.

Классификация по эксплуатационным свойствам:

пластмассы делятся на две группы: 1 - общетехнического назначения, 2 - инженерно-технического назначения.

Пластмассы общетехнического назначения имеют более низкие характеристики параметров эксплуатационных свойств, чем пластмассы инженерно-технического назначения. Пластмассы инженерно-технического назначения сохраняют высокие значения механических свойств не только при нормальной и повышенной температурах, но могут работать и при кратковременных нагрузках при повышенных температурах. Этого не обеспечивают пластмассы общетехнического назначения; они работают в ненагруженном или слабонагруженном состоянии при обычной и средних температурах (до 55°С). Пластмассы инженерно-технического назначения делят на группы, обеспечивающие определенные свойства.

Конкретные области применения пластмасс:

Антифрикционные материалы. Износ большинства пластмассовых подшипников в узлах трения существенно меньше, чем металлических. Текстолиты и древесно-слоистые пластики можно использовать для узлов трения в очень тяжелых условиях работы, т. е. при удельных нагрузках, достигающих 300 МПа.

Распространены подшипники из стальных втулок, внутри которых расположены пластмассовые разрезные вставки. Эти подшипники имеют хорошую охлаждаемость и высокую прочность и их применяют в сельскохозяйственных машинах, токарных, фрезерных и других станках.

Зубчатые червячные передачи. Зубчатые и червячные зацепления обладают высокой износостойкостью, надежностью работы в химически агрессивных средах, малой массой, простотой изготовления. Комбинация пластмассовых и металлических деталей обеспечивает наилучшую работоспособность передач. Изготавливают шестерни из текстолита, полиформальдегида. Пластмассы типа полиамида используют в виде вставок.

Фрикционные устройства. Для фрикционных узлов с небольшой тормозной мощностью используют пластмассы с асбестовым наполнителем (эксплуатация не выше 250°С). Гетинакс допускает импульсный нагрев до 1000°С.

Муфты, прокладки. Для изготовления муфт сцепления зубчатых передач применяют текстолит и капрон. Эти материалы хорошо поглощают удары, обеспечивают бесшумность работы.

Пластмассовые уплотнители и амортизаторы. Пластмассы обеспечивают высокую герметичность соединений различных деталей. Такие уплотнения характеризуются высокой химической стойкостью. Для них используют полихлорвиниловые, текстолитовые, фторопластовые прокладки, а также листы, армированные стекловолокном.

Прочие детали машин и конструкций. Для изготовления корпусов тяжелонагруженных конструкций используют более прочные материалы, например стеклопластики (фенолформальдегидные, эпоксидные и др.).

Трубопроводная арматура. Основными материалами, используемыми для изготовления труб, являются полихлорвинил, полиэтилен, полиамид, фторопласт, а также полиэфирные пленки и фаолиты (фенопласты с наполнителем из графита, асбеста и др.). Трубы из термопластов хорошо изгибаются, свариваются и склеиваются.

Пластмассовые покрытия. Сочетание свойств металла и пластмассы позволяет заменить дорогостоящие и дефицитные цветные металлы и высоколегированные стали более дешевыми углеродистыми сталями. Пластмассами (водостойкими) покрываются детали из дерева, картона, пенопластмассы.

Целесообразность применения пластмасс в конструкциях машин обусловлено (в технических обоснованных случаях) улучшением экономических показателей изделия, его производства и упрощение технологического процесса производства.

Термопластичные пластмассы.

Основу термопластичных пластмасс составляют полимеры линейной или разветвленной структуры, иногда в состав полимеров вводят пластификаторы. Термопласты имеют ограниченную рабочую температуру 60...70°С. Более теплостойкие могут работать до 150...250 °С, а термостойкие с жесткими цепями и циклические структуры устойчивы до 400...600 °С. Термопласты делят на неполярные и полярные. К неполярным термопластам относятся полиэтилен, полипропилен, полистирол и фторопласт-4.

Полиэтилен (- СН₂ - СН₂ -)_n - продукт полимеризации этилена, относящийся к кристаллизующимся полимерам. По плотности полиэтилен подразделяют на полиэтилен низкой плотности, содержащий 55...65 % кристаллической фазы, и высокой плотности, имеющий кристалличность до 74...95 %.

Недостатком полиэтилена является его подверженность старению. Для защиты от старения в полиэтилен вводят стабилизаторы и ингибиторы (2...3 % сажи замедляют процессы старения в 30 раз). Под действием ионизирующего излучения полиэтилен твердеет, приобретает большую прочность и теплостойкость. Полиэтилен применяют для изготовления труб, литых и прессованных несиловых деталей, пленок, он служит покрытием на металлах для защиты от коррозии, влаги, электрического тока.

Полипропилен (- СН₂- СНСН₃-)_n является производным этилена. Это жесткий нетоксичный материал с высокими физико-механическими свойствами. Недостатком пропилена является его невысокая морозостойкость (от -10 до -20 °С). Полипропилен применяют для изготовления труб, конструкционных деталей автомобилей, мотоциклов, корпусов насосов, различных емкостей и др. Пленки используют в тех же целях, что и полиэтиленовые.

Полистирол (- СН₂ - СНС₆Н₅ -)_nтвердый, жесткий, прозрачный, аморфный полимер. Удобен для механической обработки, хорошо окрашивается. Недостатками полистирола являются его невысокая теплостойкость, склонность к старению, образованию трещин.

Ударопрочный полистирол представляет собой блок-сополимер стирола с каучуком. Такой материал имеет в 3...5 раз более высокую ударную вязкость и в 10 раз более высокое относительное удлинение по сравнению с обычным полистиролом. Высокопрочные АБС-пластики (акрилонитрилбутадиенстирольные) отличаются повышенной химической стойкостью и свето-термостабильностью. Однако такие сополимеры имеют более низкие диэлектрические свойства по сравнению с чистым полистиролом.

Из полистирола изготовляют детали машин, сосуды для воды и химикатов, пленки для электроизоляции.

Фторопласт-4 (фторлон-4), политетрафторэтилен (- CF₂ - CF₂ -)_nявляется аморфно-кристаллическим полимером. Длительно эксплуатировать фторопласт-4 можно до температуры 250 °С. Деструкция происходит при температуре выше 415°С. Аморфная фаза находится в высокоэластическом состоянии, что придает фторопласту-4 относительную мягкость. При весьма низких температурах (до -269 °С) пластик не охрупчивается. Стоек к действию растворителей, кислот, щелочей, окислителей. Это наиболее высококачественный диэлектрик. Фторопласт-4 обладает очень низким коэффициентом трения (f = 0,04), который не зависит от температуры (до 327 °С, когда начинает плавиться кристаллическая фаза). Фторопласт-4 применяют для изготовления насосов, мембран, уплотнительных прокладок, а также подшипников и втулок.

К полярным пластмассам относятся фторопласт-3, органическое стекло, поливинилхлорид, полиамиды, полиуретаны, полиэтилентерефталат, поликарбонат.

Фторопласт-3 (фторлон-3) - полимер трифторхлорэилена, имеет формулу (- CF₂- CFC1 —)_n. Фторопласт-3, медленно охлажденный после формования, имеет кристалличность около 80...85 %, а закаленный - 30...40 %. Интервал рабочих температур от -105 до 70 °С. При температуре 315 °С начинается термическое разрушение. Фторопласт-3 используют как низкочастотный диэлектрик, кроме того, из него изготовляют трубы, шланги, клапаны, насосы, защитные покрытия металлов и др.

Органическое стекло это прозрачный аморфный термопласт на основе сложных эфиров акриловой и метакриловой кислот. Чаще всего применяется полиметилметакрилат, иногда пластифицированный дибутилфталатом. Материал более чем в 2 раза легче минеральных стекол (1180 кг/м³), отличается высокой атмосферостойкостью, оптически прозрачен (светопрозрачность 92 %), пропускает 75 % ультрафиолетового излучения. При температуре 80 °С органическое стекло начинает размягчаться; при температуре 105... 150 °С появляется пластичность, что позволяет формовать из него различные детали. Из него изготовляют светотехнические детали, оптические линзы и др.

Полиамиды - кристаллизующиеся полимеры. При одноосной ориентации получаются полиамидные волокна, нити, пленки. Свойства разных видов полиамидов довольно близки. Они имеют низкий коэффициент трения (f< 0,05), продолжительное время могут работать на истирание; кроме того, полиамиды ударопрочны и способны поглощать вибрацию. Стойки к щелочам, бензину, спирту; устойчивы в тропических условиях. Из полиамидов изготовляют шестерни, втулки, подшипники, болты, гайки, шкивы и др. Полиамиды используют как антифрикционные покрытия металлов.

Поликарбонат - сложный полиэфир угольной кислоты; выпускается под названием дифлон. Это кристаллический полимер, которому при плавлении и последующем охлаждении можно придать аморфную структуру. Такой материал становится стеклообразным и прозрачным. Свойства поликарбонатов своеобразны: им присущи гибкость и одновременно прочность и жесткость. Отличается высокой ударной вязкостью. При длительном нагреве, вплоть до температуры размягчения, образцы сохраняют свои размеры и остаются эластичными при низких температурах. Из поликарбоната изготовляют шестерни, подшипники. Его можно использовать в криогенной технике для работы в среде жидких газов.

Термореактивные пластмассы

В качестве связующих веществ применяют реакционно-способные олигомеры (смолы). Основными требованиями к таким связующим веществам (смолам) являются высокая адгезия, теплостойкость, химическая стойкость, электроизоляционные свойства, простота технологической переработки, небольшая усадка и отсутствие токсичности.

В производстве пластмасс широко используют фенолформальдегидные, кремнийорганические, эпоксидные смолы, непредельные полиэфиры и их различные модификации. Более высокой адгезией к наполнителю обладают эпоксидные смолы, которые позволяют получать армированные пластики с высокой механической прочностью. Теплостойкость стеклопластиков на кремнийорганическом связующем составляет 260...370°С, на фенолформальдегидном до 260°С, на эпоксидном до 200°С.

В зависимости от применяемого наполнителя в количестве 40...70 % по массе термореактивные пластмассы можно подразделить на следующие группы: порошковые, волокнистые, слоистые, газонаполненные.

Пластмассы с порошковыми наполнителями (пресс-порошки). В качестве наполнителей применяют органические (древесная мука) и минеральные (молотый кварц, асбест, слюда, графит и др.) порошки.

Свойства порошковых пластмасс характеризуются изотропностью, невысокой механической прочностью и низкой ударной вязкостью, удовлетворительными электроизоляционными показателями. Их применяют для несиловых конструкционных и электроизоляционных деталей.

Пластмассы с волокнистыми наполнителями. К этой группе пластмасс относятся волокниты, асбоволокниты, стекловолокниты.

Волокниты представляют собой композиции из волокнистого наполнителя в виде очесов хлопка, пропитанного фенолформальдегидными смолами. Имеют несколько повышенную ударную вязкость. Применяют для деталей общего технического назначения, работающих на изгиб и кручение (рукоятки, стойки, фланцы, направляющие втулки, шкивы, маховики и т. д.).

Асбоволокниты содержат наполнителем асбест. Связующим служит в основном фенолоформальдегидная смола. Преимуществом асбоволокнитов является повышенная теплостойкость (свыше 200°С), устойчивость к кислым средам и высокие фрикционные свойства.

Стекловолокниты - это композиция, состоящая из синтетической смолы, являющейся связующим, и стекловолокнистого наполнителя. В качестве наполнителя применяют непрерывное или короткое стекловолокно. Прочность стекловолокна резко возрастает с уменьшением его диаметра. Для практических целей используют волокно диаметром 5...20 мкм с σ_в = 600...3800 МПа и ε = 2,0...3,5%.

Пластмассы с листовыми наполнителями. В качестве этих наполнителей используют листы бумаги в гетинаксе, хлопчатобумажные, стеклянные, асбестовые ткани в текстолите, стеклотекстолите и асботекстолите, древесный шпон в древеснослоистых пластиках.

Слоистые пластмассы являются силовыми конструкционными материалами. Листовые наполнители, уложенные слоями, придают пластику анизотропность. Материалы выпускают в виде листов, плит, труб, заготовок, из которых механической обработкой получают различные детали.

Газонаполненные пластмассы. Наполнителями являются воздух или нейтральные газы.

Пенопласты основную задачу в машиностроении выполняют в качестве хороших тепло- звуко-изоляторов кабин, контейнеров и т.п.

Сотопласты как одну из разновидностей газонаполненных пластмасс используют как легкие заполнители в трехслойных панелях, состоящих из слоев сотопласта и приклеенной к ним несущей обшивки. Такая конструкция обеспечивает высокую жесткость и предохраняет от потери устойчивости. Для сотопластов характерны достаточно высокие теплоизоляционные и электроизоляционные свойства.

В состав термореактивных пластмасс входят также отвердители, пластификаторы, стабилизаторы и специальные добавки.

Отвердители вводят в количестве нескольких процентов для соединения полимерных молекул поперечными ковалентными связями. В итоге образуется пространственная сетчатая структура, а молекулы отвердителя становятся частями этой сетки, т.е. происходит процесс отверждения. В качестве отвердителей используют органические перекиси и другие соединения. Отверждение в некоторых случаях происходит самопроизвольно без введения специальных веществ-отвердителей.

Пластификаторы добавляют в количестве 10...20 % для уменьшения хрупкости и улучшения формуемости. Пластификаторами являются вещества, которые уменьшают межмолекулярное взаимодействие и хорошо совмещаются с полимерами. Часто пластификаторами служат эфиры, а иногда и полимеры с гибкими молекулами.

Стабилизаторы - различные органические вещества, которые вводят в количестве нескольких процентов для замедления старения, что стабилизирует свойства и удлиняет срок эксплуатации.

Специальные добавки - смазки, красители, добавки для уменьшения статистических зарядов, уменьшения горючести, защиты от плесени, ускорители и замедлители отверждения и другие служат для изменения или усиления технологических или эксплуатационных свойств.

Термоэластопласты (ТЭП)

Свойства этих полимеров близки к свойствам обычных резин, но изготовляются они методами формования, применяемыми для термопластов. Стадия вулканизации с образованием макромолекул сетчатого строения отсутствует.

Примером ТЭП являются бутадиен-стирольный и изопрен-стирольный полимеры. При комнатной температуре предел прочности при разрыве составляет 25...32 МПа, а относительное удлинение 830... 1000 %.

Сортамент пластмасс и их переработка

Выпускают в виде порошков, гранул; таблеток, волокон, пропитанных полимерами, в виде полуфабрикатов: пленок, листов, плит, стержней, труб и блоков, а также волокон. Некоторые реактопласты выпускаются в виде жидких веществ, которые смешиваются перед употреблением (полиэфиры, эпоксиды, полиуретаны и др.). Жидкие смеси удобны для пропитки наполнителей, склеивания, нанесения покрытий на металлы.

Изделия из пластмасс получают литьем под давлением, экструзией, прессованием, формованием из листов или труб, сваркой, склеиванием.

Дата добавления: 2020-11-29; просмотров: 190; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!