Изготавление изделий из пласмассы
неравномерность кристаллических областей по сечению. Свойства таких
изделий, полученных в разных условиях переработки, несмотря на
морфологическую схожесть структуры, различны.
Показатели качества изделий из полимерных материалов зависят от
свойств, условий подготовки, переработки и физической модификации
материала. Внешний вид изделий зависит от условий переработки,
чистоты материала, влажности.
Диэлектрические показатели и химическая стойкость зависят от
химической структуры и модификации полимера.
Механические свойства - прочность, ударная стойкость,
деформация, жесткость, теплостойкость - зависят от надмолекулярной
структуры, а коэффициент трения и износостойкость, стойкость к
горению зависят от химической структуры и модификации.
Эксплуатационные свойства - размерная точность и размерная
стабильность - зависят, как от химической структуры, молекулярных
характеристик, технологических свойств, так и от технологии
переработки и технологичности конструкции.
Термостабильность полимеров. Основным показателем в этом случае
является деструкция.
Деструкция полимеров - это изменение строения макромолекул.
Деструкция может протекать под действием тепла, кислорода,
химических агентов (в том числе воды), света, излучений высокой
энергии, механических напряжений и т.п., как от отдельного, так и
от совокупности параметров. Она сопровождается уменьшением
молекулярной массы, выделением газообразных и низкомолекулярных
продуктов, изменеием окраски и появлением запаха.
Деструкция может сопровождаться не только разрушением
макромолекул, но и сшиванием их (структурированием), что вызывает
увеличение массы и вязкости расплава. Следствием этого является
нарушение всех свойств материала, снижение стабильности свойств
изделий.
При переработке полимеров может происходить как
термоокислительная, так и механическая деструкция, а у
гигроскопических материалов еще и гидролиз.
2.3. Пластические массы
2.3.1. Классификация пластмасс
Признаками классификации пластмасс являются: назначение, вид
наполнителя, эксплуатационные свойства и другие признаки.
Классификация пластмасс по эксплуатационному назначению: 1 - по
применению, 2 - по совокупности параметров эксплуатационных
свойств, 3 - по значению отдельных параметров эксплуатационных
свойств.
По применеию различают: 1 - пластмассы для работы при действии
кратковременной или длительной механической нагрузки:
стеклонаполненные композиции полипропилена ПП, этролы, пентапласт,
полисульфон ПСФ, полиимид ПИ, материалы на основе
кремнийорганических соединений и др.; 2 - пластмассы для работы при
низких температурах (до минус 40-60 С): полиэтилены ПЭ, сополимеры
этилена СЭП, СЭБ, СЭВ, полипропилен морозостойкий, фторопласт ФТ,
полисульфон ПСФ, полиимиды ПИ и др.; 3 - пластмассы
антифрикционного назначения: фторопласты ФТ, полиимиды ПИ,
текстолиты, полиамиды, фенопласты, полиформальдегид ПФ и др; 4 -
пластмассы электро- и радиотехнического назначения: полиэтилены ПЭ,
полистиролы ПС, фторопласты ФТ, полисульфон ПСФ, полиимиды,
отдельные марки эпоксидных и кремнийорганических материалов и др.;
5 - пластмассы для получения прозрачных изделий: полистирол ПС,
прозрачные марки фторпласта ФТ, полиамидов 6,12, ПЭТФ, полисульфон
ПСФ, эпоксидные смолы и др.; 6 - пластмассы тепло- и
звукоизоляционного назначения: газонаполненные материалы на основе
полиэтилена ПЭ, полистирола ПС, поливинилхлорида, полиуретана ПУР,
полиимида ПИ, фенопласта, аминопласта и др.; 7 - пластмассы для
работы в агрессивных средах: полиэтилены ПЭ, фторопласты ФТ,
полипропилен ПП, поливинилхлорид ПВХ, полиимиды ПИ, полусольфон ПСФ
и другие.
По совокупности параметров эксплуатационных свойств пластмассы
делятся на две
большие группы: 1 - общетехнического назначения, 2 - инженерно-
технического назначения.
Пластмассы общетехнического назначения имеют более низкие
характеристики параметров эксплуатационных свойств, чем пластмассы
инженерно-технического назначения. Пластмассы инженерно-
технического назначения сохраняют высокие значения механических
свойств не только при нормальной и повышенной температурах, но
могут работать и при кратковременных нагрузках при повышенных
температурах. Этого не обеспечивают пластмассы общетехнического
назначения; они работают в ненагруженном или слабонагруженном
состоянии при обычной и средних температурах (до 55 С). Пластмассы
инженерно-технического назначения делят на группы, обеспечивающие
определенные свойства в некотором интервале; различают пять групп
пластмасс по этому классификационному признаку.
По значению отдельных параметров эксплуатационных свойств
составляют ряды пластмасс для различных параметров эксплуатационных
свойств. Порядок расположения пластмасс в рядах соответствует
снижению параметра эксплуатационных свойств. Параметры
классификации: электро- и радиотехнические свойства - объемное и
поверхностноеэлектросопротивление, электрическая прочность,
диэлектрическая проницаемость, механические свойства - коэффициент
трения, износа, Пуассона, линейного теплового расширения и другие.
В зависимости от применяемости наполнителя и степени его
измельчения все материалы подразделяют на четыре группы: порошковые
(пресспорошки), волокнистые, крошкообразные и слоистые.
В таблице № 1 приведены параметры некоторых свойств пластмасс.
Таблица 1.
Значения параметров свойств некоторых типов пластмасс.
|№ |Свойства |Пресспоро-ш|Волокнистые |Слоистые |
| | |ок |пластики |пластики |
| 1 |Плотность, кг/м3 |1390-1850 |1350-1950 |1300-1880 |
| 2 |Предел прочности, МПа |25-130 |15-500 |60-500 |
| 3 |Твердость по Бринелю, |180-500 |200-450 |- |
| |НВ | | | |
| 4 |Водопоглаще-ние, % |0.07-0.8 |0.2-1.8 |- |
| 5 |Теплостойкость | | | |
| |по Мартенсу, С |125-300 |100-180 |125-280 |
| 6 |Диэлектрическая | | | |
| |прониаемость при |3.2-10 |6-10 |5-8 |
| |частоте 50 ГЦ | | | |
| 7 |Тангенс угла | | | |
| |диэлектрических потерь | | | |
| |при частоте : |0.004-0.01 |- |- |
| | |0.12-0.1 |0.04-0.12 |0.002-0.5 |
| |- 1 Мгц | | | |
| |- 50 Гц | | | |
| 8 |Удельное сопротивлеие, | | | |
| |ом |100-200000 |0.1 - 100 |0.01-1000 |
| |(v |- |10 - 2000 |- |
| |(s | | | |
| 9 |Электрическая | | | |
| |прочность, Мв/м |11-29 |1.7-16 |2-50 |
2.3.2. Технологические свойства пластмасс влияют на выбор
метода их переработки. К технологическим свойствам пластмасс
относят: текучесть, влажность, время отверждения, дисперсность,
усадку, таблетируемость, объемные характеристики.
Текучесть характеризует способность материала к вязкому
течению под полимера, выдавленной в течение 10 мин через
стандартное сопло под давлением определенного груза при заданной
температуре. Так для литья под давлением текучесть равна 1,2-3 г/10
мин, для нанесения покрытий используют полимеры с текучестью 7 г
/10 мин. Текучесть реактопласта равна длине стержня в мм,
отпрессованного в подогреваемой прессформе с каналом уменьшающегося
поперечного сечения. Этот показатель текучести, хотя и является
относительной величиной, позволяет предварительно установить метод
переработки: при текучести по Рашигу 90-180 мм применяют литьевое
прессование, при текучести 30-150 мм - прямое прессование.
Усадка характеризует изменение размеров при формовании изделия
и термообработке:
У = (Lф-Lи) / Lф * 100 % ; Уд = (L-Lт) / Lф * 100 % ;
где У - усадка после формования и
охлаждения; Уд - дополнительная усадка после термообработки; Lф, Lи
- размер формы и размер изделия после охлаждения; L, Lт - размер
изделия до термообработки и после охлаждения.
Усадка изделий из реактопластов зависит от способа формования
изделия и вида реакции сшивания: полимеризации или поликонденсации.
Причем последняя сопровождается выделением побочного продукта -
воды, которая под действием высокой температуры испаряется. Процесс
усадки протекает во времени; чем больше время выдержки, тем полнее
протекает химическая реакция, а усадка изделия после извлечения из
формы меньше. Однако после некоторого времени выдержки усадка при
дальнейшем его увеличении остается постоянной. Влияние температуры
на усадку: усадка увеличивается прямо пропорционально увеличению
температуры. Усадка после обработки также зависит от влажности
прессматериала и времени предварительного нагрева: с увеличением
влажности усадка увеличивается, а с увеличением времени
предварительного нагрева - уменьшается.
Усадка изделий из термопластов после формования связана с
уменьшением плотности при понижении температуры до температуры
эксплуатации.
Усадка полимера в различных направлениях по отношению к
направлению течения для термо- и рекатопластов различна, т.е.
полимеры имеют анизотропию усадки. Усадка термопластов больше
усадки реактопластов.
Содержание влаги и летучих веществ. Содержание влаги в
прессматериалах и полимерах увеличивается при хранении в открытой
таре из-за гигроскопичности материала или конденсации ее на
поверхности. Содержание летучих веществ в полимерах зависит от
содержания в них остаточного мономера и низкокипящих
пластификаторов, которые при переработке могут переходить в
газообразное состояние.
Оптимальное содержание влаги: у реактопластов 2,5 - 3,5%, у
термопластов - сотые и тысячные доли процента.
Гранулометрический состав оценивают размерами частиц и
однородностью. Этот показатель определяет производительность при
подаче материала из бункера в зоны нагрева и равномерность нагрева
материала при формовании, что предупреждает вздутия и неровности
поверхности изделия.
Объемные характеристики материала: насыпная плотность,
удельный объем, коэффициент уплотнения. (Удельный объем - величина,
определяемая отношением объема материала к его массе; насыпная
плотность - величина обратная удельному объему). Этот показатель
определяет величину загрузочной камеры прессформы, бункера и
некоторые размеры оборудования, а при переработке пресспорошков с
большим удельным объемом уменьшается производительность из-за
плохой теплопроводности таких порошков.
Таблетируемость - это возможность спрессовывания
прессматериала под действием внешних сил и сохранения полученной
формы после снятия этих сил.
2.3.3. Физико-химические основы переработки пластмасс
В основе процессов переработки пластмасс находятся физические
и физико-химические процессы структурообразования и формования:
1) нагревание, плавление, стеклование и охлаждение;
2) изменение объема и размеров при воздействии температуры и
давления;
3) деформирование, сопровождающееся развитием пластической
(необратимой) и высокоэластичной деформации и ориентацией
макромолекулярных цепей;
4) релаксационные процессы;
5) формирование надмолекулярной структуры, кристаллизация
полимеров (кристаллизующихся);
6) деструкция полимеров.
Эти процессы могут проходить одновременно и взаимосвязанно.
Преобладающим будет только один процесс на определенной стадии.
В процессе формования изделий полимер нагревают до высокой
температуры, деформируют путем сдвига, растяжения или сжатия и
затем охлаждают. В зависимости от параметров указанных процессов
можно в значительной мере изменить структуру, конформацию
макромолекул, а также физико-механические, оптические и другие
характеристики полимеров.
При охлаждении большого количества полимеров протекает процесс
кристаллизации.
Кристаллизация в зависимости от состояния расплава приводит к
различным видам структуры. Кристаллизация из расплава полимера в
равновесном состоянии без деформации приводит к образованию
сферолитных структур. Центром образования таких структур является
зародыш , от которого образуются лучеобразные фибриллы, состоящие
из множества упакованных ламелей. Фибриллы , разрастаясь в
радиальном направлении и в ширину, образуют сферообразные структуры
- сферолиты. Сферолиты образуются одновременно в большом числе
центров кристаллизации. На основе этого сферолиты в местах контакта
образуют грани и представляют собой многогранники произвольной
формы и размеров. Электронно-микроскопичес-кие исследования
показывают, что фибрилла сферолитов составлена из множества
ламелей, уложенных друг на друга (рис.7) и скрученных вокруг
радиуса сферолита.
Кристаллизация из расплава полимера протекает при введении в
полимерный материал кристаллизаторов - зародышей.
Если кристаллизация протекает под высоким давлением (300...500
Мпа) и при высокой температуре, то образуется кристаллическая
структура из выпрямленных цепей; при быстром охлаждении того же
расплава кристаллизация проходит с образованием сложных цепей,
макромолекулы в этом случае в расплаве в виде доменов, а быстрое
охлаждение не позволяет им перейти в новую конформацию, т.е.
приобрести вытянутую форму. Установлено также, что с увеличением
давления температура кристаллизации повышается. Практическое
значение этого свойства: возможность перехода полимера
непосредственно из расплава без охлаждения в квазикристаллическое
состояние при повышении давления; при этом исключается течение и
затормаживаются релаксационные процессы. При повышении давления
образуются более мелкие сферолиты и поэтому увеличивается
механическая прочность изделий. Размеры кристаллов также зависят от
скорости охлаждения и температуры в процессе формования изделия.
При высокой скорости охлаждения получают мелкокристаллическую
структуру, так как времени на перегруппировку кристаллов
недостаточно.
Более крупную структуру полимера можно получить при увеличении
температуры, времени выдержки и медленном охлаждении или путем
предварительного нагрева расплава до более высокой температуры
перед кристаллизацией.
Форма кристаллов может быть изменена. Так, используя центры
кристаллизации и искусственные зародыши (1...2% от массы), можно
регулировать форму кристаллов. При использовании подложки-
кристаллизатора у ее поверхности возникает большое количество
центров кристаллизации и образуется плотно упакованный слой из
перпендикулярно расположенных к поверхности кристаллов.
Искусственные зародыши являются дополнительными центрами
кристаллизации, форма кристалла при этом зависит от формы зародыша
кристаллизации, на мелких кристаллах растут сферолитные структуры,
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
|