Конструкционные пластмассы
КОНСТРУКЦИОННЫЕ ПЛАСТМАССЫ
жүктеу/скачать 12,88 Mb.
|
| 1. КОНСТРУКЦИОННЫЕ ПЛАСТМАССЫ
Развитие новых отраслей науки и техники предопределяет широкое применение разнообразных синтетических материалов, обладающих совокупностью свойств, отсутствующих у традиционных природных. Производство новых материалов базируется на использовании полимеров различного химического строения и назначения. Одним из важнейших применений полимеров является конструкционные материалы из пластмасс. Конструкционными мы называем такие материалы, которые используются как детали конструкций, несущих различные механические нагрузки (усилия растяжения, сжатия, удара и др.) и хорошо им сопротивляющиеся. К традиционным конструкционным материалам, издавна нашедшим практическое применение, относятся, например, древесина, стекло, металлы, керамика и др. Синтетические материалы из пластмасс были созданы усилиями химиков-ученых и технологов всего лишь 60-70 лет назад. Пластмассами называются твердые полимерные вещества, которые можно формовать в размягченном состоянии – вязкотекучем (пластичном) или высоко эластическом. Конструкционные пластмассы должны обладать, в первую очередь, прочностью, жесткостью и неизменно сохранять заданную форму в условиях длительной эксплуатации. Кроме высоких физико-механических показателей к ним предъявляются требования в отношении других свойств, часто в сочетании друг с другом, таких как электрическая прочность, теплостойкость и химическая устойчивость, низкая горючесть и другие, что позволяет применять их во многих областях техники. Как известно, все пластмассы делятся на два больших класса – термопласты и реактопласты. Первые при формировании из расплава отверждаются за счет физического процесса изменения агрегатного состояния при охлаждении и застывания расплава в твердое тело. В процессе переработки термопласты могут многократно проходить цикл – расплавления-отвердевания, сохраняя первоначальную способность плавиться и растворяться в органических растворителях. В реактопластах при отверждении происходят необратимые химические превращения, а именно, сшивка линейных макромолекул под действием тепла или специальных реакционноспособных добавок (отвердителей). В отличие от термопластов реактопласты после отверждения становятся неплавкими и нерастворимыми веществами. Реактопласты могут в исходном состоянии иметь как твердую, так и жидкую консистенцию и часто называются смолами. Пластмассы редко используются в чистом виде. Чаще их применяют в композиции с наполнителями, которые улучшают механические свойства и экономят более дорогой полимер. В качестве наполнителей могут выступать различные порошкообразные минеральные вещества (тальк, мел, оксиды металлов и др.), рубленое стекловолокно или синтетические волокна, угле- или стеклоткани. При необходимости используются также добавки красителей, пластификаторов, ускорителей или инициаторов отверждения (в случае реактопластов), термо- или светостабилизаторов, задерживающих «старение» полимера, антипиренов, снижающих горючесть, и другие вещества. Особенности физико-химических свойств и механизмов отвердевания термо- и реактопластов обуславливает применение существенно различающихся методов для их переработки. Термопласты формуют в изделия либо из расплава, либо из высокоэластического (размягченного) состояния. В первом случае применяют методы экструзии через формующую головку или литья расплава в замкнутую пресс-форму. Во втором - используют другие способы – пневмо- или вакуумную штамповку листового пластика или пленки, раздув пустотелых заготовок из термопласта и другие. Используемое при этом оборудование – это термопластавтоматы (шнековые или поршневые), экструдеры, штамповочные машины, аппараты раздува расплава или пустотелых заготовок. Как правило, эти аппараты хорошо автоматизированы, работают по заданной компьютерной программе и имеют очень высокую производительность. Продолжительность производственного цикла от загрузки до выхода готового изделия может колебаться от долей секунд до нескольких секунд. Реактопласты перерабатываются в изделия принципиально иными способами. В основном это методы компрессионного (под давлением) или вакуумного термопрессования в печах, иногда с завершением процесса путем нагревания готового изделия в автоклавах. При этом время полного завершения цикла изготовления определяется скоростью и полнотой завершения химических реакций отвердевания (сшивки). Полное превращение активных групп в этом процессе обеспечивает наиболее высокий уровень свойств изделий. Достижение необходимой полноты отверждения требует значительно большего времени, чем застывание расплава у термопластов. Так, например, для крупногабаритных толстостенных изделий оно может достигать нескольких часов даже при нагревании в присутствии катализатора. Естественно, что производительность этих способов не может быть высокой, как и степень их автоматизации. По прогнозам некоторых ведущих фирм мира в XXI веке реактопласты будут вытесняться термопластами с рынка промышленных пластмасс. Тем не менее многие отрасли промышленности (автомобильная, авиационная) продолжают активно применять реактопласты из-за их надежности, существенно меньшей стоимости и доступности сырья. Кроме того внедряются новые, более прогрессивные технологии их переработки, такие как литьевое прессование и литье под давлением на реактопластавтоматах. Эти современные технологии обеспечивают реактопластам высокую производительность, сравнимую с производительностью переработки термопластов. Основные классы современных термопластичных полимеров, используемых для производства конструкционных материалов, приведены на схеме , в основу которой взято условное деление по объемам производства и общему уровню эксплуатационных свойств, определяющих возможные области применения. Первая группа – крупнотоннажные пластики общего назначения включая полистирол и полиолефины – полиэтилен и полипропилен. Они имеют самые большие объемы производства; однако, по совокупности прочностных и теплофизических свойств эти полимеры сильно уступают многим другим. Поэтому они применяются для производства изделий бытового или общетехнического назначения, эксплуатируемых в условиях невысоких механических нагрузок и обычной температуры. Вторая группа – среднетоннажные термопласты инженерно-технического назначения - имеют более высокие физико-механические характеристики и теплостойкость. Они могут длительно эксплуатироваться под нагрузкой даже при повышенной температуре (100 – 150 0С). Их применяют для изготовления ответственных конструкционных деталей технического назначения. Третья группа – это малотоннажные пластики специального назначения, отличающиеся комплексом особых свойств в сочетании с высокой прочностью и теплостойкостью. Их длительная эксплуатация возможна при температуре до 170 – 2000С, а иногда и выше. Эти полимеры применяют в самых ответственных областях - машино- и самолетостроении, космической и ракетной технике, электронике и т.п. Четвертая группа пластмасс – реактопласты являются фактически композиционными материалами, поскольку почти всегда кроме полимера содержат волокнистые или дисперсные наполнители. Их присутствие создает армирующий эффект и приводит к сильному упрочнению изделий, а трехмерносшитая структура обеспечивает высокую тепло- и термостойкость. Реактопласты выдерживают жесткие условия эксплуатации и применяются в тех же областях, что и пластики специального назначения. Рассмотрим подробнее каждую из этих групп. жүктеу/скачать 12,88 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|