Классификация и общая характеристика марочного ассортимента пластмасс

В настоящее время промышленностью во всем мире выпускается несколько тысяч марок пластмасс, включающих широкий пере­чень термопластичных и термореактивных полимеров и компози­ций на их основе, используемых для изготовления изделий раз­личного назначения. Важно сделать правильный выбор пластмас­сы или композиционного материала для конкретных условий тех­нологии изготовления данного изделия и его эксплуатации.

1. Классификация по химической структуре.

С этой точки зрения в общем виде полимеры можно разделить на карбоцепные и гетероцепные.

К карбоцепным относятся как правило, полимеры непредельных углеводородов этиленового ряда с различными боковыми заместителями (ПО, ПС, полиакрилаты, полимеры галогенопроизводных этилена и др.).

К гетероцепным относят полимеры, в основной молекулярной цепи которых помимо углерода содержатся атомы других элементов.

2.Классификация по технологическим свойствам

· литье­вые,

· экструзионные,

· пресс-материалы,

· а также материалы для изготовления труб, листов, пле­нок и т. д.

3.Классификация пластмасс по областям применения.

Пластмассы для работы под воздействием кратковременных или длительных статических нагрузок — конструкционные жесткие материалы. Основным признаком их является жесткость (модуль упругости не менее 900 МПа). К этой группе мож­но отнести ПА. ПК, ПБТ, ПЭТФ, ПФО, сополимеры формальдегида, армированные ПП , фе­нопласты.

Пластмассы для работы под воздействием ударных нагрузок — ударопрочные материалы. Ударная прочность пластмасс этой группы должна быть не ниже 20 кДж/м². К. этой группе можно отнести ПЭ, сополимеры этиле­на с пропиленом или винилацетатом, ПП, ПВХ, фторопласт, ПУ, ПА, ударопрочные сополимеры стирола, а также армированные пластики и др.

Пластмассы способные работать при повышенных_(выше 150 °С) температурах. —теплостойкие материалы. К ним можно отнести ПА, ПБТФ, ПЭТФ, ПФО.

Пластмассы способные работать при низких (ниже —40 °С) температурах, — морозостойкие материалы (ПЭ, сополимеры этилена с полипропиленом или винилацетатом, ПА, ПК)

Пластмассы электро-радиотехнического назна­чения, эти материалы должны иметь высокие значения удель­ного объемного электрического сопротивления. К этой группе относят ПВХ, фторопласты.

Пластмассы для светотехники — прозрачные материалы. Значение коэффициента светопропускания их должно быть не ниже 80 %. К ним можно отнести прозрачные марки ПВХ и фторопластов.

Пластмассы с пониженной горючестью — огнестойкие, самозатухающие материалы. К этой группе можно отнести фторопласты., фурановые композиции, менее огнестойкие ПТП и ПВХ, а также огнестой­кие композиции других полимеров.

Пластмассы для работы под воздействием ионизирующих излучений

Пластмассы для работы в агрессивных средах — химически стойкие материалы. Это ПБТ, ПЭТФ, ПИ, кремнийорганические ком­позиции.

Пластмассы для работы в контакте с пищевыми продуктами и питьевой водой .

В зависимости от содержания наполнителя пластмассы различают:

-наполненные(40% смолы и 60% наполнителя-ткани, древесная мука)

-ненаполненные

По содержанию пластификатора

-пластифицированные

-не пластифицированные

По форме транспортировки

-гранулы, пресс-порошок, блоки, ленты, волокнистой массы

По форме синтеза делятся на 4 группы А,Б,В,Г и каждая группа принадлежит класс 221,222,223,224

А-это пластмассы которые получают путем цепной полимеризации

Б-пластмассы которые получают поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией

В-это класс в котором пластмассы получают путем химической модификации из целлюлозы

Г-это пластмассы которые получают из природных асфальтов, смол.

Технологические свойства пластмасс

Контроль качества сырья

Качество сырья оценивают по: содержанию влаги и летучих, скорости отверждения, текучести, усадке, гранулометрическому составу, сыпучести, таблетируемости, насыпной плотности, коэффициенту уплотнения.

Содержание влаги и летучих

Для фенолоформальдегидных пресс-порошков должно составлять 2,0-4,5%, а в аминопластах 3,5-4%. При меньшем содержании влаги мате­риал имеет плохую текучесть, а при большем - образуются вздутия, поры в отформованных изделиях. Для термопластов влажность не должна превышать десятые или даже сотые доли процента. При более высоком содержании влаги снижается адгезионная способность, что приводит к проскальзыванию полимера по поверхности валков, при вальцевании и каландровании ухудшается внешний вид изделий; в изделиях, полученных экструзией или литьем под давлением, формируются поры, пустоты, а на поверхности - серебристые полосы. Снижаются также прочностные, диэлектрические свойства, термостойкость.

Содержание влаги и летучих в материале зависит от гидрофобности матрицы и наполнителя, степени набухания, дисперсности, продолжитель­ности хранения, содержания мономера и низкокипящих пластификаторов.

Определяется высушиванием в сушильных шкафах.

Скорость отверждения

Зависит от состава пресс-материала, конфигурации изделия, температуры прессования, наличия подпрессовок. Оценивается по минимальному времени выдержки, необходимому для нагрева образца толщиной 1 мм до температуры отверждения и завершения отверждения (с/мм, мин/мм). При 170°С без применения предварительного нагрева скорость отверждения составляет для новолачных фенопластов 40¸50, для резольных фенопластов – 60-150 и для волокнита - 60 с/мм; для аминопластов при 150°С-180¸210 с/мм.

Текучесть материала

Рис.1. Пресс-форма для определения текучести реактопластов метод Рашига: 1 - полуматрица; 2 - стакан матрицы; 3 - обойма матрицы; 4 - пуансон

Определяет способность материала при определенной температуре и давлении заполнять все полости формы при прессовании. Зависит от химической природы связующего и наполнителя, степени наполнения, содержания влаги, присутствия пластификатора, количества и типа смазывающего вещества.

Текучесть реактопластов оценивается по методу Рашига и определяется длиной (мм) конусного стержня, отпрессованного в пресс-форме Рашига [5]. Определение заключается в следующем: навеску пресс-материала (таблетку) массой 7,5 г помещают в пресс-форму ,нагре­тую до определенной температуры (150°С для фенопластов). Опускают пу­ансон и при давлении 30±2,5 МПа материал прессуют в течение 3 мин.

Рис. 2. Пластометр Канавца: 1 - оформляющий штырь; 2 - электрообогрев, 3 - матрица; 4 - пуансон; 5 - подшипник; 6 - шестерня; 7 - испытуемый образец; 8 – записывающий прибор

Текучесть пресс-материала, определенная по методу Рашига, для фенопластов новолачного типа составляет 35-И 80 мм, для резольных фенопластов 45¸80 мм, для волокнита 20¸120 мм, для аминопластов 50¸160 мм. Этот показатель является относительной величиной, не позволяющей рассчитать реологические характеристики материала, и за­висит от скорости отверждения. Если материал обладает хорошей текуче­стью, но и способен быстро отверждаться, то длина полученного стержня небольшая, а если вязкость большая, но малая скорость отверждения, то текучесть может оказаться высокой, так как материал течет на протяжении всех 180 с испытания. Однако по этому показателю принято оценивать пригодность материала к переработке тем или иным способом. Например, литьевым прессованием обычно перерабатывают пресс-материал с текуче­стью по Рашигу 90-180 мм, прямым - 30-150 мм.

Наиболее точно текучесть термореактивного материала и продолжительность его отверждения определяются на приборе ППР-1, по типу пластометра Канавца [6].

Пластометр представляет собой вращающуюся от двигателя пресс-форму

Корпус закреплен в подшипниках 5 на станине прибора. Внутрь корпуса вставляются два вкладыша, образующие разъемную ци­линдрическую матрицу 3 пресс-формы, то есть наружный цилиндр виско­зиметра. Внутренним цилиндром служит рифленый штырь 1, который со­единен через систему тяг с записывающим прибором.

Измерение проводят следующим образом. В собранную из двух вкладышей форму помещают материал (гранулы, таблетки, пресс-порошок). Температура пресс-формы - 170°С для фенопластов и 150°С для аминопластов. Опускается пуансон 4 и создается удельное давление - 80±5 МПа. Затем включается привод вращения корпуса. Пресс-материал переходит в вязко-текучее состояние и, находясь между вращающимся 3 и неподвижным 1 цилиндрами, подвергается сдвиговому течению. Возникающие на стенках неподвижного цилиндра напряжения сдвига стремятся повернуть штырь 1 и в результате создается крутящий момент (М _кр), регистрируемый измерительным устройством. При этом напряжение сдвига пропорционально крутящему моменту и может быть рассчитано по формуле:

где L - длина цилиндра.

На шкале прибора регистрируется изменение напряжения сдвига во времени, то есть фактически записывается кинетическая кривая отверждения (рис.4).

tсд= М кр/ 2ПR2L,

Недостатком метода является то, что отверждение идет при дефор­мировании, которое отсутствует при прямом прессовании. Поэтому под действием напряжения сдвига могут частично разрушаться возникающие пространственные межмолекулярные связи, что, в свою очередь, может изменить кинетику химической реакции и повлиять на процесс отвержде­ния. Особенно это сказывается на материале, если наполнитель хрупкий, так как его разрушение отражается на вязкости. В этом случае может быть использован пластометр с параллельными плитами.

Усадка

Под усадкой подразу­мевается абсолютное или относительное уменьшение размеров изделия при формовании, хранении, эксплуатации.

Под технологической усадкой понимают абсолют­ное или относительное уменьшение размеров изделия по сравнению с со­ответствующими размерами оформляющей полости формы.

У= , %.

При сравнении размеров горячей формы и полностью остывшего из­делия получают действительную линейную технологическую усадку, а при сравнении размеров формы и изделия при обычной температуре - расчет­ную линейную технологическую усадку.

Эксплуатационная усадка - изменение размеров изделия, по сравне­нию с первоначальным, под воздействием внешних факторов в течение определенного времени эксплуатации.

Учет эксплуатационной усадки необходим для определения работо­способности изделий и при выборе материалов с заданными требованиями к точности и прочности.

Для оценки усадки, происходящей при длительном хранении, вводят понятие о дополнительной усадке, которая вызывается релаксационными процессами и структурными изменениями в материале с течением време­ни. Определяют усадку следующим образом:

У_ф= , %,

Рис.3 . Прибор для определения гранулометри­ческого состава: 1 — электродвигатель; 2 — счетчик оборотов; 3 — встряхивающий механизм; 4 — набор сит; 5 — корпус

где l и l_т-размеры изделия до и после термообработки (168 часов при температурах 110±2°С для фенопластов и 80±2°С для аминопластов).

Гранулометрический состав

Характеризуется размерами частиц (дисперсностью) и распределе­нием по размерам (полидисперсностью), определяемыми ситовым анали­зом.

Дисперсность учитывается при объемном дозировании, влияет на производительность экструзионного оборудования.

Полидисперсность приводит к изменению насыпной плотности и разделению по фракциям в бункерах машин, неравномерности нагрева, на­рушению стабильности размеров, неравномерности поверхности изделий и непостоянству механической прочности.

Предварительно высушенный при 110 °С пресс-порошок в количестве 50 г высыпают в чистое сухое сито. Конструкция прибора для просеивания показана на рис.3. Прибор состоит из корпуса 5, на котором смонтирован набор сит 4, совершающих колебательно-вращательное движение вокруг оси. Встряхивание сит осуществляется с помощью механизма 3. Про­сеивание обычно продолжается 15—20 мин, после чего сита сни­мают и содержимое их взвешивают с точностью до 0,01 г и рассчи­тывают содержание фракции.

Для определения размеров гранул применяется метод прямого измерения. Отобранную пробу массой 100 г просеивают через сито № 02—04. Частицы, прошедшие через сито, взвешивают и определяют содержание пылевидной фрак­ции. Из гранул, оставшихся в сите, выбирают не прорезанные и слипшиеся и взвешивают их. Из оставшихся гранул выбирают 10 штук, измеряют их размеры и рассчитывают среднеарифметические значения.

Сыпучесть

Сыпучесть характеризуется способностью полимерного материала равномерно истекать через отверстие заданного диаметра. На сыпучесть существенное влияние оказывают плотность, влажность (полимерные ма­териалы, содержащие влаги больше, чем предусмотрено стандартами, не­обходимо перед определением сыпучести подсушить), форма частиц, ве­личина внутреннего трения в материале, величина электростатического за­ряда.

Таблетируемость

Определяется склонностью частиц уплотняться без спекания или сплавления.

Вопросы для самоконтроля

1. Пластмасс-это?

2. Полимер-это?

3. Классификация пластмасс?

4. Перечислите технологические свойства пластмасс?