Типовые термопластичные материалы

Пластмассами или пластиками называются материалы, получае-мые на основе природных или синтетических полимеров, которые при определенных температуре и давлении приобретают пластич-ность, а затем затвердевают, сохраняя форму при эксплуатации. Пластмассы могут состоять из одного полимера или представлять собой сложную композицию. Кроме полимера в состав пластмасс входят также наполнители, пластификаторы, отвердители, катализаторы, красители и др.

Рассмотрим наиболее широко применяемые термопластичные пластмассы (термопласты).

Полиэтилен в зависимости от метода изготовления может иметь либо низкую плотность (γ = 0,918...0,93 г/см³) и степень кристал-личности 55...65 %, либо высокую плотность (γ= 0,949...0,96 г/см³) и степень кристалличности 74...95 %. Он химически стоек, имеет температурный интервал эксплуатации—70...100 °С. Кристалличес-кая фаза придает полиэтилену теплостойкость и высокую механическую прочность (σ_в= 8,5...45 МПа). Чтобы повысить стой-кость полиэтилена к старению, в него вводят 2...3 % сажи. Исполь-зуется для производства пленок, труб, изоляции проводов и кабелей, покрытий на металлах и др.

Полипропилен (γ = 0,9….0,92 г/см³) имеет значитель­ное количество кристаллической фазы. Химически стоек, температура эксплуатации от —15 до +150 °С. Обладает высокими физико-механическими свойствами (σ_в= 25 МПа). Стойкость к старению повышается проведением специальной обработки. В качестве эластичных и прочных волокон применяется в производстве текстильных изделий. Пленки из полипропилена более прочные и менее газопроницаемые, чем полиэтиленовые. Из полипропилена изготовляют также конструкционные детали и различные емкости.

Полистирол (γ = 1,05...1,1 г/см³) представляет собой твердый, жесткий и прозрачный аморфный пластик. Растворяется в бензолах, но стоек к слабым кислотам, щелочам, спиртам, не растворяется в маслах и бензине. Может использоваться в интервале температур —20...+ 80 °С. Предел прочности при растяжении (σ_в= 35...40 МПа. По­листирол склонен к старению и образованию трещин. Широко распространен ударопрочный полистирол (с до­бавкой синтетического каучука), который характеризуется значительно большей ударной прочностью и высоким относительным удлинением. Полистирол используется для получения деталей радио- и телетехники, фотоаппа­ратуры, корпусов и ручек различных машин, волокон, деталей автомобилей, труб и др.

Фторопласт-4 (γ= 2,15...2,35 г/см³) содержит кристаллическую и аморфную фазы. Это термически стойкий пластик, его температурная область применения —269...+250 °С. Механическая прочность фторопласта-4 (σ_в = 14...35 МПа) сохраняется до температуры 250 °С. Он отличается высокой химической стойкостью против кис­лот, щелочей, окислителей и растворителей; не смачива­ется водой; характеризуется малым коэффициентом трения. К недостаткам фторопласта-4 относятся хладотекучесть, возможное выделение фтора при повышенных температурах и некоторые трудности переработки. Применяется для изготовления деталей химической аппаратуры, труб для химикатов, нанесения антифрикционных покрытий на металлы и др.

Поливинилхлорид (γ = 1,4 г/см³), имеет аморфную структуру, отличается хорошей химической стойкостью, негорючестью, атмосферостойкостью, упругостью и достаточно высокой проностью (σ_в=40...60 МПа). Винипласт—разновидность поливинилхлорида, применяется в производстве труб для агрессивных сред, используется как материал для защитных покрытий металлов, гальва­нических ванн и т. п. К недостаткам винипласта относят низкие длительную прочность и термостойкость под нагрузкой. Пластикат также разновидность поливинилхлорида, используется или в виде пленки или как исходный материал для изготовления печатных валиков, уплотнительных прокладок, конвейерных лент, труб и др.

Полиамиды (γ= 1,12...1,16 г/см³) —кристаллизующие­ся пластики, известные под названиями капрон, нейлон и др. Эти пластики стоики к бензину, спирту, щелочам. Рабочая температура полиамидов—60...110 °С. Обладая хорошими механическими свойствами (σ_в=50…100 МПа) полиамиды являются конструкци-онными материалами. Прочность же полиамидных волокон достигает σ_в=600 МПа. Дополняют положительные качества полиамидов их способность противостоять износу, высокая ударная прочность, демпфирующие свойства и низкий коэффициент трения. Недостатками полиамидов являются гигроскопичность и старение за счет окисления. Изделия из полиамидов— зубчатые колеса, шкивы, подшипники, уплотнители, трубопроводы, волокна, канаты и др. Полиамиды используются и в качестве антикоррозионных и антифрикцион­ных покрытий металлов.

Лавсан (γ = 1,2 Мг/м³) представляет собой сложный полиэфир. Это кристаллический полимер, при быстром охлаждении может стать аморфным. Обладает хорошей химической стойкостью и морозо-стойкостью (до —70 °С). Механическая прочность сравнительно невелика (σ_в= 17,5 МПа), но она может быть увеличена за счет заданной ориентации макромолекул. Из лавсана изготовляют волокна, ткани, пленки, канаты, ремни, зубчатые колеса и другие изделия.

К термостойким пластикам относят материалы, имеющие максимальную температуру использования 300 °С и более. К ним относятся полиимиды—ароматические термопластичн ые пластики. Они стойки к растворителям, маслам, слабым кислотам. Их температурный диапазон эксплуатации в изделиях—200...300°С. Поли­имиды прочны (σ_в= 90...130 МПа), имеют низкий коэф­фициент трения. Из полиимидов производят пленки и различные детали машин.

В практике находят применение также термопластич­ные пластмассы с наполнителями. Связующими в них служат термоплас-тичные полимеры. В частности, в полиамиды вводят стеклянные волокна, что повышает их прочность (до σ_в= 90...150 МПа), усталостную прочность, теплостойкость и износостойкость. В качестве наполнителей выступают и волокна (капроновые, лавсановые и др.), также повышающие механические свойства мате­риалов. В слоистных термопластах находят применение стеклоткани. Так, капрон с подобным наполнителем имеет σ_в= 400...430 МПа, а его работоспособность повышается до 220 °С.