Классификация пластмасс и способов их переработки

Неметаллические материалы – пластические массы (пластмассы), резину, стекло, древесину и др. применяют почти во всехотраслях промышленности. Широкое внедрение неметаллических материалов в машиностроении и приборостроении обусловлено их ценными специфическими свойствами.

Пластмассы характеризуются малой плотностью и относительно высокой механической прочностью, высокой химическойи коррозионной стойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами. Благодаря своим ценным свойствам пластмассы используют в машиностроении и приборостроении не как заменители черных и цветных металлов, а как самостоятельные машиностроительные материалы. Применением их достигается экономия большого количества дорогостоящих цветных металлов,повышение стойкости деталей, работающих на трение и изнашивание в агрессивных средах, снижение массы изделий и машин, уменьшение трудоемкости изготовления деталей.

Важным преимуществом технологического процесса переработки пластмасс является возможность совмещения процесса получения исходного материала с заданными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, формообразовании заготовки и получения готовой продукции. Конечный продукт переработки пластмасс в машиностроении, как правило, называют деталью, хотя в отдельных случаях применяют дополнительную обработку (зачистку заусенцев, обработку резанием и др.). При переработке пластмасс на специализированных заводах конечный продукт называют также изделием. Процесс изготовления пластмассовых деталей (изделий) характеризуется высоким коэффициентом использования материала (0,85÷0,95), малой трудоемкостью, высокой механизацией и автоматизацией.

К пластмассам относят неметаллические материалы, представляющие собой сложные композиции высокомолекулярных соединений. Они характеризуются значительной молекулярноймассой, то есть состоят из очень больших молекул, именуемых макромолекулами.По геометрической структуре макромолекулы разделяют на линейные, разветвленные и пространственные (сшитые).

В зависимости от расположения и взаимосвязи макромолекул полимеры могут находиться в аморфном и кристаллическом состояниях. Наличие кристаллической фазы у полимеров оказывает большое влияние на их физико-механические свойства. Так, при переходе полимера из аморфного в кристаллическое состояние повышается его прочность, теплостойкость. Существенное влияние на полимерные материалы оказывает воздействие на них теплоты.

Под действием теплоты аморфные полимеры можно перевести из твердого (стеклообразного) состояния в высоко эластическое и вязко-текучее состояние.

Пластмассы в зависимости от поведения при повышенных температурах подразделяют на две основные группы: термопластичные полимеры (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Термопласты (полиэтилен, капрон, винипласт, полистирол, фторопласт, органическое стекло и др.) размягчаются и плавятся при повышении температуры и вновь затвердевают при охлаждении. Переход термопластов из твердого или высокоэластического состояния в вязко-текучее и обратно может происходить неоднократно без изменения их химического состава, что имеет решающее значение при выборе способов переработки термопластов.

Реактопласты (текстолиты, пресс-материалы, стеклопластикии др.) при нагревании легко переходят в вязко-текучее состояние, но с увеличением продолжительности действия повышенных температур в результате химической реакции переходят в твердое нерастворимое состояние. Отвердевшие реактопласты нельзя повторным нагревом вновь перевести в вязко-текучее состояние. Термореактивные смолы (полиэфирная, эпоксидная) относятся к самотвердеющих при комнатной температуре. При введении небольшого количества отвердителя они переходят в твердое необратимое состояние. Это также оказывает влияние на технологию получения пластмассовых деталей.

Пластмассы разделяют на жесткие, имеющие незначительное относительное удлинение и называемые пластиками, и мягкие, обладающие большим относительным удлинением и малой упругостью называемые эластиками.

В зависимости от числа компонентов все пластмассы подразделяют на простые и композиционные. Простые (полиэтилен, стирол и т. д.) состоят из одного компонента – синтетической смолы; композиционные (фенопласты, аминопласты и др.) – нескольких составляющих, каждая из которых выполняет определенную функциональную роль. В композиционных массах смола является связующим для других составляющих. Свойства связующего во многом обусловливают физико-механические и технологические свойства пластмассы. Содержание связующего в пластмассах достигает 30÷70%.

Помимо связующих, в состав композиционных пластмасс входят следующие составляющие:

1) наполнители различного происхождения, которые вводят для повышения механической прочности, теплостойкости, уменьшения усадки и снижения стоимости композиции; органические наполнители – древесная мука, хлопковые очесы, целлюлоза, хлопчатобумажная ткань, бумага, древесный шпон и др.; неорганические – графит, асбест, кварц, стекловолокно, стеклоткань и др.;

2) пластификаторы (дибутилфталат, касторовое масло и др., которые увеличивают эластичность, текучесть, гибкость и уменьшают хрупкость пластмасс;

3) смазывающие вещества (стеарин, олеиновая кислота и, которые увеличивают текучесть, уменьшают трение между частицами композиций, устраняют прилипание к пресс-формам;

4) катализаторы (известь, магнезия и др.), ускоряющие отверждение пластмасс;

5) красители (сурик, мумия, нигрозин и др.), придающие пластмассам нужный цвет.

При изготовлении газонаполненных пластмасс (поро- и пенопластов) в полимеры вводят газообразователи – вещества, которые разлагаются при нагревании с выделением газообразных продуктов. Таким образом, технологический процесс переработки пластмасс в детали характеризуется специфическими особенностями. В зависимости от физического состояния полимерных материалов, поведения их под действием теплоты и других факторов все способы переработки пластмасс в детали наиболее целесообразно разбить на следующие основные группы:

1) переработка в вязко-текучем состоянии (прессованием, литьем под давлением, выдавливанием и др.);

2) переработка в высокоэластическом состоянии (пневмо- и вакуумоформовкой, штамповкой и др.;

3) получение деталей из жидких полимеров (различными способами формообразования);

4) переработка в твердом состоянии (разделительной штамповкой и обработкой резанием);

5) получение неразъемных соединений (сваркой и склеиванием);

6) различные способы переработки (спекание, напыление и др.)

В соответствии с приведенной классификацией в данной главе рассмотрены наиболее часто применяемые способы получения пластмассовых деталей и характерные особенности этих способов, области их использования и вид перерабатываемых материалов.