Краткая характеристика свойств и областей применения некоторых пластмасс
К термопластичным пластмассам, основой или связующим веществом в которых являются полимеры с макромолекулами линейной или разветвленной структуры, относятся:
– неполярные: полиолефины (полиэтилен, полипропилен и полиизобутилен), полистирол, фторопласт-4;
– полярные: полиметил-метакрилат, поливинилхлорид, полиамиды и др.
Полиэтилен – кристаллизующийся полимер, который производят полимеризацией этилена (СН2 = СН2). Различают полиэтилен низкой плотности, получаемый при высоком давлении (ПЭВД) и содержащий 35–65% кристаллической фазы, а также полиэтилен высокой плотности, получаемый при низком давлении (ПЭНД) и содержащий 60–95% кристаллической фазы. Полиэтилен химически стоек, нерастворим в воде, ацетоне, спирте, морозостоек до – 70°С (чем выше плотность, тем выше теплостойкость и механическая прочность), но склонен к старению. Из него изготавливают несиловые детали (контейнеры, емкости, вентили, детали химических насосов, трубы для транспортирования агрессивных жидкостей), защитные покрытия на металлах, пленку для различных целей (электроизоляционная, парниковая).
Полипропилен (—СН2—СНСН3—) получают полимеризацией из пропилена в присутствии металлоорганических катализаторов. Он более теплостоек (до 150°С), чем полиэтилен, но менее морозостоек (до -10– -20°С). Из полипропилена изготавливают некоторые конструкционные детали автомобилей, мотоциклов, корпуса насосов, трубы для транспортирования агрессивных сред, пленки, емкости.
Полистирол (—СН2 — СНС6Н5—) – прозрачный, аморфный полимер, диэлектрик, химически стоек, нерастворим в растворителях, но склонен к старению и имеет низкую (до 80°С) теплостойкость. Применяется он для изготовления деталей машин и приборов (ручки, корпуса и т. д.), емкостей и сосудов для химикатов, пленки и т. д.
Фторопласт-4, или политетрафторэтилен (—CF2— —CF2)n, – полимер, имеющий макромолекулы в виде спиралей, диэлектрик, химически стоек. Из него изготавливают уплотнительные прокладки, трубы для транспортирования агрессивных сред, сильфоны, антикоррозионные покрытия на металлах. По химической стойкости он превосходит все известные пластмассы.
Полиметилметакрилат (органическое стекло, или плексиглас) – полярный, прозрачный, аморфный полимер на основе сложных эфиров акриловой и метакриловой кислот. В отличие от минерального стекла органическое значительно легче (более чем в два раза), пропускает ультрафиолетовые лучи, технологично (хорошо обрабатывается резанием, склеивается, сваривается, полируется), но обладает меньшими твердостью, прочностью и теплостойкостью. Идет на остекление и изготовление оптики, светотехнических деталей, емкостей. На основе полиметилметакрилата изготавливают самоотверждающиеся пластмассы типа стиракрила, которые применяют в производстве штампов, литейных моделей, абразивного инструмента.
Полиамиды (капрон, нейлон и др.) – полярные пластмассы на основе кристаллизующегося полимера, содержащего группы СО, NH и СН2. Они характеризуются высокими прочностью, теплостойкостью, износостойкостью и низким коэффициентом трения (f < 0,05), способностью погашать вибрации. Недостатки полиамидов – склонность к старению и некоторая гигроскопичность. Введение наполнителей (графит, тальк, дисульфид молибдена) обеспечивает повышение антифрикционных и некоторых других их свойств. Полиамиды применяют в машиностроении, электротехнике, медицине.
Поливинилхлорид – полярный, аморфный полимер состава (—СН2 — СНС1—). Непластифицированный поливинилхлорид называют винипластом и применяют для изготовления различных деталей химического оборудования, труб, деталей вентиляционных и теплообменных установок, муфт, элементов насосов, вентиляторов, защитных покрытий на металлах, облицовочной плитки. Пластикат (полихлорвинилхлорид с пластификатором) используют для изготовления труб, конвейерных лент, печатных валиков, линолеума и т. д.
Наиболее крупнотоннажный по производству вид реактопластов - фенопласты, т. е. пластмассы, получаемые на основе фенолоформальдегидных смол.
Различают следующие виды фенопластов:
– ненаполненные, порошковые (наполнители – древесная мука, тальк, графит и др.),
– волокнистые (волокниты, асбо- и стекловолокниты),
– слоистые (гетинакс, текстолит и др.).
Волокниты получают пропиткой очесов льна или хлопка фенолоформальдегидным связующим и применяют для изготовления деталей, работающих на изгиб и кручение и устойчивых к ударным нагрузкам (шкивы, фланцы, стойки, направляющие втулки, маховики и т. д.).
Асбоволокниты получают пропиткой асбеста феноло-формальдегидной смолой. Они обладают высокими ударопрочностью, химической стойкостью, фрикционными свойствами и применяются для изготовления элементов тормозов (накладки, колодки, диски подъемно-транспортных устройств, автомобилей и т. д.), кислотоупорных конструкций.
Из слоистых пластмасс значительный интерес представляет текстолит, получаемый из связующего (фенолоформальдегидная смола) и наполнителя (хлопчатобумажные ткани – шифон, миткаль, бязь и др.). Текстолит отличается прочностью, способностью поглощать шумы и гасить вибрации, однако он может работать только при невысоких температурах (до 90°С). Из текстолита изготовляют зубчатые колеса, вкладыши подшипников, шкивы, втулки, прокладки в машиностроении, распределительные щиты и монтажные панели в электротехнике и т. д.
В табл. 3.1 приведены основные физико-механические свойства некоторых названных пластмасс.
Механические свойства пластмасс определяют при проведении:
– лабораторных статических испытаний на растяжение (ГОСТ 11262-80) или сжатие, изгиб,
– динамических испытаний по определению ударной вязкости (ГОСТ 4647-80),
– путем измерения твердости (по Бринеллю ГОСТ 4670-77 с помощью твердомера ТММ-2 или по Роквеллу, Виккерсу, Шору).
Таблица 3.1