Основы выбора полимерных материалов для создания изделий

 

При выборе полимерного материала для создания изделий получил признание принцип: марка полимерного материала должна быть доведена до требований каждого изделия. Реализация этого принципа приводит к росту числа марок полимерных материалов. Сейчас промышленностью во всем мире выпускается несколько тысяч марок полимерных материалов. Они включают широкий перечень термореактивных и термопластичных полимеров и композиций на их основе, используемых для изготовления изделий различного назначения. В настоящее время имеется около 50 основных промышленных видов полимеров, в том числе около 36 термопластов и более 12 реактопластов. В каждом виде более 50 типов и модификаций. Однако номенклатура изделий значительно по числу наименований опережает число марок полимерных материалов. Номенклатуру изделий трудно учесть: ориентировочно находится в районе 850 тысяч наименований.

Важно сделать правильный выбор полимерного материала для конкретных условий технологии изготовления данного изделия и его эксплуатации. Лишь в тех случаях, когда такой материал отсутствует, возникает необходимость создания нового материала. Но это является дорогостоящей задачей. В этом случае выбор базового полимера очень важен, поскольку свойства полимерного материала в основном определяются свойствами выбранного полимера. Кроме того, одним из направлений в решении задачи создания нового полимерного материала является модификация уже применяемого полимерного материала до нужных свойств в процессе переработки.

Успешное решение по конструированию изделия возможно лишь при учете различных характерных свойств полимерных материалов в зависимости от условий эксплуатации и методов переработки. Необходимо стремиться к наиболее полному использованию материала при минимальной его стоимости.

Правильному выбору полимерных материалов для изготовления данного изделия способствует знание разных систем классификации полимерных материалов:

² классификация по химической структуре полимера;

² классификация по технологическим свойствам;

² классификация по областям применения;

² классификация по объему производства (крупно-, средне-, мелкотоннажное);

² классификация по стоимости;

² классификация по совокупности параметров эксплуатации.

Из всей совокупности параметров эксплуатации при выборе конструкционного полимерного материала для изготовления изделия первоначально оценивают значения теплостойкости, предела текучести и модуля упругости, твердости. Критерии классификации ПМ по совокупности параметров эксплуатационных свойств представлены на рис. 1.6 и таблице 1.3.

 

 

* Е_п- модуль ползучести при деформации 0,5% и продолжительности действия нагрузки 1000 ч;

**Т_э – максимальная температура эксплуатации при длителной статической нагрузке.

Рис.1.6. Критерии классификации полимерных материалов по совокупности параметров

эксплуатационных свойств

Таблица 1.3 - Классификация полимерных материалов по совокупности эксплуатационных свойств

Номер группы (рис. 1.6)	Полимерные материалы
1.1	Сополимеры этилена и винилацетата, поливинилхлорид пластифицированный, вспененный полиэтилен
1.2	Поливинилхлорид непластифицированный, вспененный полистирол, этролы, сополимер стирола с метилметакрилатом и нитрилом акриловой кислоты
2.1	Полиэтилен низкой плотности, сополимер этилена и полипропиленом, полиуретаны
2.2	Полиэтилен высокой плотности, полиэтилен среднего давления, полипропилен, полистирол, ударопрочные сополимеры стирола, сополимеры стирола с α-метилстиролом или нитрилом акриловой кислоты, фторопласты, жесткие полиуретаны, пентапласт, полиметилметакрилат, сополимер стирола с метилметакрилатом
3.1	Пресс-порошки, пенопласты на основе фенолоформальдегидных, аминоальдегидных, эпоксидных смол, премиксы эпоксидных смол
3.2	Полиамиды, поликарбонат, сополимеры формальдегида, полибутилентерефталат, полифенилоксид, полисульфон, полиакрилаты, препреги, гетинаксы на основе фенолоформальдегидных смол, листовые слоистые материалы на основе аминоальдегидных смол, текстолит
	Полиамид-66, полиэтилентерефталат, полиэфирсульфон, стеклонаполненные композиции на его основе, эпокси-кремнийоргранические пресс-материалы, стеклотекстолиты на основе фенолоформальдегидных и эпоксидных смол, волокниты, стекло- и асбоволокниты
	Фенилон, полиимид, полибензоксазол, полиамидоимиды, композиты на основе кремнийорганических смол

По последней классификации полимерные материалы делят на две большие группы: общетехнического назначения и инженерно-технического назначения.

Конструкционные полимерные материалы общетехнического и инженерно-технического при повышенных температурах и, следовательно, по возможности применения назначения существенно различаются по поведению при воздействии механической нагрузки.

Полимерные материалы общетехнического назначения характеризуются резким снижением механических характеристик с повышением температуры, т.к. имеют низкую теплостойкость. Они неработоспособны при кратковременной нагрузке при температуре свыше 50 ⁰С и главным образом работают в нагруженном состоянии или слабонагруженном состоянии при обычных или средних (до 50 ⁰С) температурах.

Полимерные материалы инженерно-технического назначения имеют более высокие механические характеристики и теплостойкость. У них наблюдается меньшее снижение этих параметров с повышением температуры. Полимерные материалы данного класса могут работать при кратковременной нагрузке при высоких температурах (>250 ⁰С). Могут длительно эксплуатироваться под нагрузкой при повышенных температурах.

Какие полимерные материалы будут наиболее востребованы в будущем? Любые прогнозы здесь нужно применять с оговорками. Так аналитики предсказывали в 1975 г, что к 2005 г применение стандартных пластмасс резко сократится, и они уступят место техническим пластмассам. Однако на сегодняшний момент потребность в стандартных пластмассах составляет порядка 85 %, 14 % - это технические пластмассы, менее 1 % - суперполимеры (полиэфирсульфон, фенилон, полиимид, полибензоксазол, полиамидоимиды). Безусловно, есть тенденция к увеличению доли технических пластмасс – на это указывает усиливающая специализация фирм-производителей на производстве инженерных марок полимеров.

Данные об областях применения пластмасс (рис. 1.7) указывает на то, что наиболее серьезные процессы в развитии полимерных производств, происходят в сфере упаковки, автомобилестроения и электронной техники.

Рис. 1.7. Применение полимерных материалов по отраслям