Термостабильны полиэтилен, полифенолы. Они обладают высокой теплотой полимеризации или высокой степенью полярности, как фторполимеры. Устранение склонности к старению достигается добавкой органических стабилизаторов и антиоксидантов (амины, фенолы). Это приводит к значительному увеличению срока службы. Так, для полиэтилена, стабилизированного сажей, можно увеличить срок службы более 5 лет, поливинилхлорида до 10-25 лет.

Радиационная стойкость – способность противостоять ионизации и возбуждению, из-за которых происходит разрыв связей и образование свободных радикалов. Основными вредными проявлениями являются сшивание цепей или деструкция. При сшивании увеличивается молекулярная масса, повышается теплостойкость и механические свойства.

При деструкции происходит снижение молекулярной массы и уменьшение прочности. Деструкция характерна для полипропилена, полиэтилена и полиамида. Наиболее устойчивы к радиации бензолы (полистирол). Устранение вредного влияния радиации достигается введением антирадов – ароматических аминов, устраняющих энергию возбуждения и обеспечивающих ее рассеяние.

Вакуумстойкость полимеров. При вакуумировании возможно ухудшение свойств из-за выделения добавок из материала (пластификаторов, стабилизаторов) и деструкция. К примеру, это может быть деполимеризация. К потере вакуумстойкости склонны полиэтилен, полипропилен, полиамиды. Оценка вакуумстойкости проводится по газопроницаемости, газовыделению и вакуумплотности.

Газопроницаемость – это способность пропускать газ через уплотнитель. На газопроницаемость влияют состав, структура, природа газа, температура. Газопроницаемость меньше у полярных и линейных полимеров, выше у гибких макромолекул, при введении пластификаторов, и в меньшей степени при введении минеральных наполнителей.

Абляция – разрушение материала, сопровождаемое уносом его массы газовым потоком.

Ее характеризуют через абляционную стойкость. Она определяется устойчивостью к механической, тепловой и термоокислительной деструкции. Для линейных полимеров характерна низкая стойкость к деструкции и деполимеризации, для лестничных и сетчатых характерно структурирование и обезуглероживание. Для повышения абляционной стойкости материала, его армируют более теплопроводящими материалами, например, железом.

Адгезия – это слипание разнородных тел из-за межмолекулярного взаимодействия. Это явление используется при нанесении пленок и покрытий. Для полимеров может встречаться и аутогезия – самослипаемость. Ее причинами являются адсорбция, электростатическое притяжение, диффузия макромолекул.

ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ

Пластмассы – массы, получаемые на основе органических полимерных связующих. Они способны при нагреве быть пластическими, а отверждаются при дальнейшем нагреве или охлаждении.

Состав, классификация и свойства пластмасс.

В состав пластических масс входят:

1. Связующие (синтетические смолы, эфиры, целлюлозы) и наполнители – порошкообразные или волокнисты. При пропитке наполнителя связующими и их опрессовывании получается монолитная масса.

2. Наполнители служат для повышения механических свойств, снижения усадки и придания специфических свойств.

3. Пластификаторы повышают эластичность и облегчают обработку.

4. Отвердители – амины

5. Катализаторы – перекисные соединения для ускорения отвержения термореактивных полимеров

6. Ингибиторы предохраняют массы от самопроизвольного отвержения

7. Красители.

Свойства пластмасс определяются составом компонентов, сочетанием компонентов и их количественным соотношением.

Классификация пластмасс.

Пластмассы классифицируют

1. по типу связующего

1.1. термопласты – удобны, усадка менее 1-3%, упруги, нехрупки, способны ориентироваться и иметь ориентационное упрочнение.

1.2. реактопласты – хрупки, усадка до 10-15%, для повышения их свойств вводят усиливающие или пластифицирующие наполнители.

2. По виду наполнителя

2.1. порошковые (карболиты) – наполнителем является древесная мука, графит, тальк

2.2. волокнистые – в качестве волокна используют очесы хлопка или льна, стекловолокно, асбест.

2.3. слоистые – используют листовые наполнители

2.4. газонаполненные – пено-поропласты, где наполнителем является воздух или нейтральные газы.

3. По применению

3.1. силовые – конструкционные, фрикционные и антифрикционные, электроизоляционные

3.2. несиловые – прозрачные, химически стойкие, электроизоляционные, декоративные, уплотнительные.

Особенности пластмасс

Их достоинствами являются:

1. малая плотность 1-2 т/м³

2. низкая теплопроводность 0.1 – 0,3Вт/мК

3. Электроизоляционные свойства

4. химическая стойкость

5. антифрикционность

6. прочность

7. технологичность.

Недостатками являются:

1. низкая теплостойкость

2. высокое тепловое расширение (в 10-30 раз больше, чем у стали)

3. низкая упругость и вязкость

4. склонность к старению

ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ

Термопласты – полимеры линейной или разветвленной структуры, иногда с пластификатором. Свойства – Траб – обычно не выше 60-70⁰С, теплостойкие до 150-250⁰С, термостойкость с жесткими цепям и циклическими структурами – до 400 – 600⁰С.

Особенности эксплуатации – при эксплуатации происходит снижение прочности и вынужденная эластичность при длительном статическом нагружении. – повышение хрупкости с ростом скорости деформации. Прочность – 10-100МПа, модуль упругости 1,8-3,5х10³ МПа. Хорошо сопротивляются усталости сигма 0,2-0,3 от предела прочности.

Виды термопластов – полярные и неполярные. Неполярные – полиэтилен, полипропилен, полистирол, фторопласт 4. Полярные термопласты – фторопласт 3, ПВХ, полиамиды, полиуретаны, полиэтилентерефталаты, поликарбонаты, полиакрилат, пентапласты, полиформальдегиды.

Термостойкие пластики

Термостойкость обеспечивается за счет введения фениленовых звеньев, что обеспечивает работоспособность при 400⁰С и при замене гибких звеньев на жесткие гетероциклические, что повышает Траб до 600⁰С. Виды термостойких пластиков: ароматические полиамиды, полифениленоксид, полисульфоны, гетероциклические полиимиды.

Термопласты с наполнителями

Связующим является полимерная основа. Наполнители – стекловолокно, асбест, органические волокно, углеродные волокна и пр. Волокнистые наполнители образуют каркас и упрочняют материал. Промышленное использование имеют полиамиды и поликарбонаты, наполненные рубленным стекловолокном. Это повышает прочность до 90-149 МПа, обеспечивает повышенное сопротивление усталости и износу при Тисп 60-180⁰С.

Перспективны термопласты с синтетическим наполнителем – пропиленом, капроном, лавсаном, винолом. При близкой химической природе и типе связей обеспечивается совместная работа на упрочнение и рост длительной прочности в десятки раз.

Слоистые термопласты – в них используются ткани из различных волокон. Пример: полиамид, армированный стеклотканью, имеет предел прочности 430 МПа, предел текучести 280 МПа, ударную вязкость а = 250 КДж/м², Тисп = 220⁰С.

ТЕРМОРЕАКТИВНЫЕ ПЛАСТМАССЫ

Связующими являются термореактивные смолы с пластификаторами, отвердителями, катализаторами, замедлителями и пр. Смола склеивает слои наполнителя, что необходимо для прочности при расслаивании. Адгезивность обеспечивается полярностью.

Виды связующих – фенолформальдегидные, кремнийорганические, эпоксидные смолы, имеющие наибольшею адгезию. Это дает возможность использовать армированные пластики. Они обладают высокой прочностью.

Теплостойкость кремнийорганических смол 260-370⁰С, фенолформальдегидных до 260⁰С, эпоксидных до 200⁰С.

Для крупногабаритных деталей используют непредельные полиэфиры и эпоксидные смолы. Они твердеют не только при повышенной, но и нормальной температуре без усадки и выделения вредных веществ.

Используются наполнители – порошковые, волокнистые, слоистые. В качестве порошковых используют органические (древесная мука), минеральные (молотый кварц, асбест, слюда, графит). Порошковые пластмассы отличают изотропность, низкая прочность и вязкость. Их применяют в несиловых конструкциях. Пластмассы с минеральными наполнителями имеют хорошую водостойкость, химическую стойкость, электроизоляционность.

ГАЗОНАПОЛНЕННЫЕ ПЛАСТМАССЫ

Газонаполненные пластмассы – это гетерогенные системы, состоящие из твердой и газообразной фаз. Структура состоит из связующих, образующих стенки пор или ячеек с распределенной в них газовой фазой. Основными свойствами являются малая масса и высокие тепло и звукоизолирующие свойства.

Основные виды газонаполненных пластмасс – пенопласты, поропласты, сотопласты.

Пенопласты. В них ячеистая структура представлена газообразным наполнителем и изолирована друг от друга тонкими слоями полимерного связующего. Свойства: плавучесть, термоизоляционность, невысокая прочность. Используются пенополистирол ПС с Тисп до +-60⁰С, фенолкаучуковые ФК Е120-160⁰С, пенополиэпоксиды и др.

Поропласты – губчатые материалы с открытопористой структурой, где включения газа свободно сообщаются между собой и атмосферой. Применяются для водопоглощения и пр.

Сотопласты – тонколистовые материалы в виде гофра, склеиваются в виде пчелиных сот. В качестве материала в настоящее время используются ткани.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАСТМАСС

1. снижение материалоемкости за счет малой массы в 4-5 раз

2. снижение трудоемкости вместо литья, ковки и резания только формообразование – в 4-5 раз, например, вместо 30-50 операций производится только одна – литье.

3. снижение капиталовложений на оборудование и инвентарь – в 4-6 раз.

4. себестоимость продукции уменьшается в 2-3 раза, дешевле цветных металлов в 4-9 раз, дешевле черных металлов в 2-6 раз.