Эксплуатационные свойства пластмасс
Эксплуатационные свойства пластмасс проявляются при работе полимерных изделий в разнообразных условиях эксплуатации.
При этом изделия из пластмасс могут эксплуатироваться при повышенных или пониженных температурах, механической нагрузке (кратковременной, длительной статической или циклической, растяжения, изгиба или сжатия, вдавливания тел, ударного воздействия), в условиях трения относительно других тел, при действии электрических нагрузок (внешнего электрического поля, частотных нагрузок, электрической дуги), в пожароопасных условиях, в контакте с пищевыми продуктами и питьевой водой, с органами человека или медицинскими средствами. Детали из пластмасс зачастую работают в условиях сборки (сопряжения) с другими деталями, причем собранная конструкция может работать при повышенных температурах, в среде влажного воздуха или воде. Полимерные изделия работают также в условиях, когда действуют различные химические среды: кислоты, щелочи, спирты, масла и др.
Классификация условий эксплуатации изделий из пластмасс, требования, которые могут предъявляться к эксплуатационным свойствам пластмасс в изделиях, стандартные параметры эксплуатационных свойств и стандарты на методы их определения приведены в табл. 1.2, а основные эксплуатационные свойства пластмасс — в табл. 1.3.
Таблица 1.2
Условия эксплуатации изделий и стандартные параметры,
характеризующие эксплуатационные свойства [1]
| Условия эксплуатации | Требования к эксплуатационным свойствам пластмассы в изделии | Стандартный параметр, стандарт на метод определения |
| Действие тепловой нагрузки | Температурные свойства (тепло- и морозостойкость) | |
| Действие повышенных температур Кратковременное (до 3 мин) повышение температуры без внешней механической нагрузки | Стойкость к размягчению, обеспечивающая формоустойчивость (кратковременная теплостойкость) | Температура размягчения по Вика Тв, °С, нагрузка 9,8 Н ГОСТ 15088–83, ГОСТ 15065–69 |
| Длительная эксплуатация при повышенной температуре (возможна механическая нагрузка) | Стойкость к размягчению, обеспечивающая формоустойчивость (длительная теплостойкость) | Температура размягчения при изгибе Тр.и2, °С, напряжение 1,8 МПа ГОСТ 12021–84 |
| Длительная эксплуатация при повышенной температуре без механической нагрузки | Способность сохранять эксплуатационные свойства при длительном (в течение 10 лет) тепловом старении с сохранением более чем на 50% механических (включая ударную прочность) и электрических (электрическая прочность) свойств | Температура длительной эксплуатации (в течение 10 лет) при тепловом старении Тд1 ,°С Стандарт, применяемый зарубежными фирмами |
| То же, исключая ударную прочность | Тд2, °С | |
| То же, с сохранением только электрических свойств (электрической прочности) | Тд3, °С | |
| Действие пониженных температур | Работоспособность при пониженных температурах (морозостойкость) без проявления хрупкости – способности разрушаться под действием нагрузки при малых деформациях (до развития высокоэластичной деформации) | Температура хрупкости при изгибе Тхр, °С ГОСТ 16782–83 |
| Действие механической нагрузки | Механические свойства | |
| Действие кратковременной (1–3 с) нагрузки Нагрузка растяжения | Стойкость к текучести (т. е. к развитию больших необратимых (пластических) деформаций, вызывающих потерю работоспособности детали) | Предел текучести при растяжении σт.р, МПа ГОСТ 11262–80 |
| Прочность | Разрушающее напряжение при растяжении σр, МПа ГОСТ 11262–80 |
Продолжение табл. 1.2
| Условия эксплуатации | Требования к эксплуатационным свойствам пластмассы в изделии | Стандартный параметр, стандарт на метод определения |
| Нагрузка растяжения | Жесткость, обеспечивающая малое обратимое деформирование детали (высокий модуль упругости) | Модуль упругости при растяжении Ер, МПа ГОСТ 9550–81 |
| Эластичность, обеспечивающая способность детали к большим обратимым деформациям (низкий модуль упругости) | То же | |
| Нагрузка изгиба | Прочность (по пределу текучести или напряжению разрушения, вызывающему потерю работоспособности детали) | Прочность при изгибе (предел текучести или разрушающее напряжение) σи, МПа ГОСТ 4648–71 |
| Жесткость (высокий модуль упругости) | Модуль упругости при изгибе Еи, МПа ГОСТ 9550–81 | |
| Эластичность (низкий модуль упругости) | То же | |
| Нагрузка сжатия | Прочность (по пределу текучести или напряжению разрушения, вызывающему потерю работоспособности детали) | Прочность при сжатии (предел текучести или разрушающее напряжение) σсж, МПа ГОСТ 4651–82 |
| Жесткость (высокий модуль упругости) | Модуль упругости при сжатии Есж, МПа ГОСТ 9550–81 | |
| Эластичность (низкий модуль упругости) | То же | |
| Действие длительной нагрузки Действие длительной статической нагрузки (растяжения или изгиба) при обычной или повышенной температуре | Стойкость к ползучести — развитию общей деформации (низкая ползучесть) | Модуль ползучести Еп, МПа Деформация ε, %, развивающаяся в детали при приложении постоянного напряжения σ и температуре Т к моменту времени t Прикладываемое постоянное напряжение σп, МПа, которое при температуре Т к моменту времени t вызывает деформацию ε ГОСТ 18197–82 |
| Действие циклической нагрузки (изгиба, растяжения – сжатия и др. при знакопеременном или знакопостоянном законе изменения нагрузки в пределах одного цикла) | Стойкость к усталостному разрушению — сохранение работоспособности | Усталостная прочность σу, МПа Выносливость Nв, число циклов DIN 671 |
| Кратковременное (до 30 с) вдавливание других тел | Твердость — способность сопротивляться внедрению других тел | Твердость при вдавливании шарика НБ, МПа ГОСТ 4670–77 |
Продолжение табл. 1.2
| Условия эксплуатации | Требования к эксплуатационным свойствам пластмассы в изделии | Стандартный параметр, стандарт на метод определения |
| Кратковременное ударное воздействие | Ударная прочность: - на деталях без надреза (деталь лежит на двух опорах) | Ударная вязкость по Шарпи на образцах без надреза аб.н, кДж/м2 ГОСТ 4647–80 |
| - на деталях с надрезом (деталь лежит на двух опорах) | Ударная вязкость по Шарпи на образцах с надрезом ан, кДж/м2 ГОСТ 4647–80 | |
| - на деталях с надрезом (деталь консольно закреплена) | Ударная вязкость по Изоду на образцах с надрезом аи.н, Дж/м ГОСТ 4647–80 | |
| Трение относительно других тел | Фрикционные свойства | |
| Трение с малым сопротивлением тел перемещению друг относительно друга | Низкий коэффициент трения, обеспечивающий малое сопротивление тел перемещению друг относительно друга | Коэффициент трения по стали Ктр ГОСТ 11629–75 |
| Трение с малым износом | Стойкость к разрушению поверхностного слоя при трении (износостойкость) | Коэффициент износа по сетке Кизн, мм3/(м∙см2) Методика НПО «Пластмассы» |
| Действие электрических нагрузок | Диэлектрические свойства | |
| Действие внешнего электрического поля | Стойкость к напряженности внешнего электрического поля – к пробою, при котором полимер теряет электроизоляционные свойства и в нем образуется токопроводящий канал | Электрическая прочность Епр, кВ/мм, при переменном напряжении, частота 50 Гц ГОСТ 6433.3–71 |
| Сопротивление к пропусканию электрического тока при приложении электрического поля (электрическое сопротивление) | Удельное объемное электрическое сопротивление ρυ, Ом∙м ГОСТ 6433.2–71 Удельное поверхностное электрическое сопротивление ρs, Ом ГОСТ 6433.2–71 | |
| Действие частотных нагрузок | Способность диэлектрика повышать емкость конденсатора | Диэлектрическая проницаемость εпр ГОСТ 6433.4–71 |
| Стойкость к необратимому рассеиванию части энергии внешнего электромагнитного поля | Тангенс угла диэлектрических потерь tg δ ГОСТ 6433.4–71 | |
| Действие электрической дуги | Способность сохранять электроизоляционные свойства – не образовывать на поверхности детали токопроводящего мостика при действии электрической дуги от переменного тока небольшой силы (10–40 мА) и высокого напряжения | Дугостойкость ДС, с ASTM D 495–73 |
| Действие огня | Огнестойкость | |
| Пониженная воспламеняемость с учетом падения горящих частиц | Самозатухаемость UL 94 | |
| Пониженная горючесть без учета падения горящих частиц | Кислородный индекс КИ, % ГОСТ 21793–76 |
Окончание табл. 1.2
| Условия эксплуатации | Требования к эксплуатационным свойствам пластмассы в изделии | Стандартный параметр, стандарт на метод определения |
| Требование оптических свойств | Оптические свойства | |
| Способность пропускать световой поток без изменения направления (прозрачность) | Коэффициент светопропускания Ксв, % ГОСТ 15875–80 | |
| Малое влияние на изменение скорости света | Коэффициент преломления nD DIN 53491 | |
| Действие тепла и звука | Тепло- и звукоизоляционные свойства | |
| Действие тепла и звука | Способность изолировать тепло и звук | — |
| Контакт с пищевыми продуктами и питьевой водой | Инертность при контакте с пищевыми продуктами и питьевой водой | |
| Контакт с пищевыми продуктами | Инертность при контакте с пищевыми продуктами | — |
| Контакт с холодной питьевой водой | Инертность при контакте с холодной питьевой водой | — |
| Контакт с горячей питьевой водой | Инертность при контакте с горячей питьевой водой | — |
| Контакт с органами человека и медицинскими средствами | Инертность при контакте с органами человека и медицинскими средствами | — |
| Сборка (сопряжение) с другими деталями | Точность и стабильность размеров | |
| –при повышенных температурах | Стабильность размеров в результате малого теплового расширения | Средний коэффициент линейного теплового расширения α, °С–1 ГОСТ 15173–80 |
| – в среде влажного воздуха или в воде | Стабильность размеров в среде влажного воздуха (с относительной влажностью 50–60%) | Равновесное водопоглощение Вст, %, в стандартных условиях (относительная влажность воздуха 50–60%, температура 20–30°С) ГОСТ 4650–80 |
| То же при пребывании в воде обычной температуры в течение не более 24 ч | Водопоглощение В24, %, в течение 24 ч при 23°С ГОСТ 4650-80 | |
| То же при длительном пребывании в воде обычной температуры | Равновесное водопоглощение Вр, %, при 23°С ГОСТ 4650–80 | |
| Требование пониженной массы детали | Пониженная масса детали | Плотность ρ, кг/м3 ГОСТ 15139–69 |
| Действие химических реагентов | Стойкость к действию химических реагентов | Химическая стойкость ГОСТ 1202–72 |
Таблица 1.3