пластмаси
Пластмаси. Основни компоненти на пластмасите. Ламинирани пластмасови материали
1.1 Обща информация, основни свойства и компоненти, които изграждат пластмасите
Сред новите строителни материали видно място заемат пластмасите (пластмасите) и синтетичните смоли. Пластмаси се наричат неметални материали, получени на базата на естествени и синтетични полимери.
Производството на машини не е пълно без използването на пластмаса и каучук. Те са както заместители на дефицитните цветни метали, така и материали със специални свойства, на които не винаги може да се намери заместител. Това обяснява широкото използване на пластмаси за производството на огромен набор от машинни части. Използването на пластмаси подобрява качеството на машините и съоръженията, като намалява теглото им, подобрява външния им вид и спестява цветни и черни метали. Особено ефективна е замяната на цветни метали (олово, мед, цинк, месинг, бронз) и легирани стомани с пластмаси. Използването например на 1 тон епоксидна смола в електротехниката спестява повече от 4 тона мед.
Изходните материали за производството на пластмаси са евтини природни вещества: продукти от преработката на въглища, нефт, природен газ и др. Производството на пластмаси изисква много по-малко капиталовложения от производството на цветни метали.
Основата на пластмасите са смоли - високомолекулни съединения от органичен произход. Смолите в чист вид се използват по-рядко.
Пластмасите, в зависимост от поведението на смолата при нагряване, се разделят на термореактивни (термопласти) и термопластични (термопласти). Термопластите под действието на топлина и налягане (или инициатори - ускорители на втвърдяване) се превръщат в твърдо, нетопимо и неразтворимо веществосъстояние. Термопластите не могат да се рециклират. Термопластите се топят при излагане на топлина и се втвърдяват при охлаждане. Термопластичните продукти могат да бъдат рециклирани многократно. Повторното нагряване обаче донякъде влошава физичните и механичните свойства на материала (поради неговото разлагане и замърсяване).
В зависимост от използвания пълнител пластмасовите маси се разделят на композитни и слоести. Композитните от своя страна се делят на прахообразни и влакнести.
Понастоящем е поставена задачата да се използват възможно най-пълно постиженията на съвременната химия във всички отрасли на националната икономика и по-специално да се заменят традиционните материали с нови, по-икономични и практични синтетични материали. Предвижда се увеличаване на използването на нефтени и газови суровини за производство на полимерни материали и създаване на достатъчно мощности за преработка на полимерни материали в продукти за нуждите на националната икономика. Най-големите потребители на пластмаси са електротехническата промишленост, радиоелектрониката и общото машиностроене.
Основни свойства на пластмасите.
Синтетичните материали се получават чрез синтеза на органични вещества. Такива материали включват пластмаси, филми и влакна, гуми, лепила, уплътнители, бои, лакове. Свойствата на синтетичните материали се определят от физичните и механичните свойства на полимерите, от които са получени. Всички полимери се характеризират с изключително големи молекулни размери. Формата на полимерните молекули може да бъде линейна (нишковидна) или мрежеста. Всяка полимерна молекула (макромолекула) е набор от единици с една специфична структура, свързани чрез химични връзки. Често макромолекулите са комбинация от единици от две или три различнивидове структури. Такива полимери се наричат съполимери или съполимери. Свойствата на съполимерите по отношение на техните стойности са средни в сравнение със свойствата на отделните полимери, които съставляват този съполимер. Свойствата на полимера са по-изразени, чиито връзки са повече в макромолекулите на съполимера.
а) - линейна, б) - разклонена, в) - мрежеста (омрежена).
Продуктите от пластмаса при нормални условия обикновено са твърди и еластични тела.
Гамата от пластмаси, използвани в индустрията, е много разнообразна. По-голямата част от тях се характеризират със следните положителни качества:
ниска плътност на полимерните материали (1,1-1,8 g / cm3), което позволява значително намаляване на теглото на машините при производството на техните части от пластмаса;
химическа устойчивост - пластмасите не са подложени на корозия дори в агресивна среда;
електроизолационни свойства, които позволяват използването на пластмаси като диелектрици, незаменими във високочестотни радиокомуникационни устройства, телевизия и др.;
висока специфична и абсолютна механична якост и възможност за създаване на анизотропни материали;
висока технологичност - сложността на производството на най-сложните пластмасови части е незначителна в сравнение с трудоемкостта на производството на части от други материали;
наличие на неограничени ресурси от евтини суровини.
В зависимост от вида на пластмасата, те могат да имат и други полезни свойства:
нисък коефициент на триене - някои видове пластмаси, като текстолит, ПДЧ (дървесно-ламинирана пластмаса), капрон, капролон, успешно заместват бронза и бабита в лагерните възли на машините;
висок коефициент на триене, съчетан с устойчивост на износване - фенолни пластмаси с азбестов пълнител,пресови състави на базата на каучук и други видове специални пластмаси успешно заменят чугуна и скъпите видове дърво в конструкцията на транспортни и други машини;
прозрачност - някои пластмаси без пълнеж, като полиметилметакрилат (органично стъкло), полистирен и други, са способни да пропускат светлинни лъчи в широк диапазон на дължината на вълната, включително ултравиолетовата част на спектъра, значително надминавайки силикатните стъкла в това отношение; тези пластмаси се използват широко в оптичната индустрия и машиностроенето за производство на прозрачни части - водомерни стъкла, фитинги за маслени и охладителни системи, лещи за зрителни отвори и др.
В същото време, с посочените предимства, пластмасите имат следните недостатъци:
ниска устойчивост на топлина - основните видове пластмаси могат да работят задоволително само в сравнително малък температурен диапазон (от -60 до +200 ° C); за пластмаси на основата на силициеви органични полимери, фурфурални състави и флуоропласти, горната температурна граница е малко по-висока: 300 - 400 ° C;
ниска топлопроводимост, която е 500 - 600 пъти по-ниска от топлопроводимостта на металите, което ограничава използването им в машинни компоненти и части, където се изисква бързо отвеждане на големи количества топлина;
ниска твърдост (HB 6 - 60);
изразено свойство на пълзене, особено изразено при термопластите;
ниска твърдост - модулът на еластичност на най-твърдите пластмаси (фибростъкло) е с един или два порядъка по-нисък от този на металите;
стареене - свойствата на пластмасите се влошават с времето под въздействието на температура, влажност, светлина, вода.
Всичко това трябва да се вземе предвид при проектирането на пластмасови части.
Компоненти, които изграждат пластмасите
До голяма степенпластмасите се състоят от смола, както и пълнител, пластификатор, стабилизатор, багрило и други добавки, които подобряват технологичните и експлоатационни свойства на пластмасите. Свойствата на полимерите могат да бъдат значително подобрени и модифицирани, в зависимост от изискванията на различни клонове на технологията, с помощта на различни съставки на пластмасата.
Пълнителите служат за подобряване на физико-механичните, диелектрични, триещи или антифрикционни свойства, повишават устойчивостта на топлина, намаляват свиването и също така намаляват цената на пластмасите. Пълнителите са органични и неорганични. Органичните пълнители са дървесно брашно, памучен линтер, целулоза, хартия, памучен плат, дървен фурнир. Като неорганични пълнители се използват азбест, графит, фибростъкло, фибростъкло, слюда, кварц.
Използвайки дървесно брашно като пълнител, се получават прахообразни полимерни материали - пресови прахове, използвани за производството на леко натоварени части. За получаване на материал с по-висока механична якост се използват влакнести пълнители (памук, азбестови влакна). Листовите пълнители придават още по-голяма здравина на пластмасите - те се използват за производство на ламинирани пластмаси: при използване на памучен плат - текстолит, фибростъкло - фибростъкло, хартия - гетинакс от азбестов плат - азбестов текстолит. При използване на дървен фурнир се произвеждат дървени ламинати. За производството на части, които не са по-ниски по якост от стоманите, като пълнители се използват фибростъкло, стъклени корди и стъклени рогозки.
Пластификаторите повишават пластичността и течливостта на пластмасите, подобряват устойчивостта на замръзване. Като пластификатори се използват дибутил фталат, трикрезил фосфат и др.
INСъставът на пластмасите често се въвежда със стабилизатори - вещества, които предотвратяват разлагането на полимерни материали по време на тяхната обработка и работа под въздействието на светлина, влажност, повишени температури и други фактори. За стабилизиране се използват ароматни амини, феноли, серни съединения, сажди.
Към цветните пластмаси се добавят багрила. Използват се както минерални багрила (мумия, охра, умбра, литопон, корони и др.), така и органични багрила (нигрозин, родамин).
Лубриканти - стеарин, олеинова киселина, трансформаторно масло - намаляват вискозитета на състава и предотвратяват залепването на материала по стените на формата.
1.2 Ламинирани пластмасови материали
Материалите, получени чрез свързване на няколко слоя влакнести пълнители (тъкан, хартия, дърво и др.), Импрегнирани със синтетични смоли, насложени един върху друг, се наричат слоести. Ламинираните пластмаси се произвеждат или под формата на полуготов продукт, който представлява пълнежни листове, импрегнирани със смола, или под формата на пресовани заготовки: листове, плочи с различна дебелина, тръби с различни диаметри, пръти, дискове или под формата на профилирани продукти. Плочите се изработват чрез импрегниране на пълнителя със смола и нарязването му на листове, които се подреждат един върху друг в пакети с предварително определена дебелина. Опаковката се пресова при налягане 8 - 10 MPa и температура 140 - 160 °C.
Необходимостта от предварително нарязване на листовете от импрегниран със смола пълнител и сглобяване на торбите води до формоване на ламинати предимно в заготовки. Следователно за ламинираните пластмаси механичната обработка е един от основните методи за преработката им в продукти. Ламинатите се характеризират с анизотропия на свойствата, особено по отношение на механичнитесила. Материалът е най-здрав по нишките на основата на тъканта или фурнирните влакна.
Промишлеността произвежда следните видове ламинирани пластмаси: гетинакс, текстолит, азбест-текстолит, ПДЧ, фибростъкло и др.
Getinax е ламинирана пластмаса на базата на фенолформалдехидна смола и хартиени листове. Getinaks произвежда класове A, B, C, G. Getinaks класове D и C има повишени електрически свойства, класове B и G - повишена механична якост. Getinaks се произвежда под формата на листове с дебелина от 0,5 - 50 mm, пръти с диаметър до 25 mm и тръби с различни диаметри. Гетинакс се използва главно като електроизолационен материал. Произвеждат и декоративен гетинакс за довършителни работи.
Текстолитът е слоеста пластмаса, в която като пълнител се използва памучна тъкан, а като свързващо вещество се използва фенолформалдехидна смола.
Текстолитът има относително висока механична якост, ниска плътност и високи антифрикционни свойства, висока устойчивост на вибрационни натоварвания и добри диелектрични свойства. Топлоустойчивост на текстолита 120 - 125 °C. Текстолитът е намерил широко приложение като заместител на цветни метали за лагерни черупки на валцовани мелници, като конструктивен и декоративен материал в машиностроенето, за производството на направляващи ролки в самолети, зъбни колела в автомобили и др. Текстолитните зъбни колела, за разлика от металните зъбни колела, работят безшумно.
Електрическият текстолит се използва за производството на високоякостни електроизолационни продукти за работа във въздуха и в трансформаторно масло.
Азбестовият текстолит е ламинирана пластмаса, напълнена с азбестова тъкан и свързващо вещество - фенолформалдехидна смола. Има висока устойчивост на топлина - до 250°C. Използван асботекстолитглавно като топлоизолационни накладки за спирачни накладки и дискове на съединителя, тъй като има висок коефициент на триене.
Ламинираната дървена пластмаса (PB) е пресован дървен фурнир, импрегниран с малко количество фенолформалдехидна смола. ПДЧ има висока механична якост, ниска устойчивост на влага и лоши диелектрични характеристики.
Делта дървесината, подобно на другите видове ПДЧ, се използва като конструктивен, облицовъчен и декоративен материал в машиностроенето, като заместител на цветните метали за производството на ролки, лагерни черупки, втулки, зъбни колела, носещи рами.
Фибростъклото се произвежда чрез пресоване на пакет от фибростъкло, импрегниран със смола. Изборът на свързващо вещество се определя от предназначението на фибростъклото и метода на производство на продукта. И така, стъклотекстолитът KAST се получава с помощта на смес от фенолформалдехидна смола с поливинилацетати, стъклотекстолит VFG - полисилоксан и полиацетал, стъклотекстолит EF-32-301 - с помощта на епоксидна смола.
Листове, плочи, тръби се пресоват от пакет от импрегниран фибростъкло. Фибростъклото се използва за производството на силно натоварени структурни продукти, работещи в суха и влажна среда, при температури до 350 ° C, устойчиви на електролитни разтвори, масла и течни горива, както и продукти, които трябва да имат високи диелектрични свойства и радиопрозрачност. Освен това е намерил широко приложение за производството на различни високонатоварени едрогабаритни продукти (каросерии на автомобили, автобуси, кабини на камиони, лодки, лодки, пътни и железопътни цистерни, резервоари и оборудване на химическата промишленост).