Состав, классификация и свойства пластмасс

Пластмассы разделяют на простые и сложные. Если в высокомолекулярное вещество вводят небольшие добавки [1…2 % (по массе)] пластификаторов, стабилизаторов, красителей и др., то получаемый материал называют простыми пластмассами. К ним относятся поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, состоящие, в основном, из чистого полимера того же наименования.

При введении в высокомолекулярное вещество кроме указанных добавок наполнителей (кварцевая мука, асбестовое волокно, графит, стеклянные волокна, ткани и др.), количество которых составляет обычно 40…70 % (по массе), получают сложные или композиционные пластмассы. К ним относятся, например, пресспорошки, фаолит, текстолит, стеклопластики и т.п.

В качестве связующего вещества используют синтетические смолы и эфиры целлюлозы. По виду связующего все пластмассы подразделяют на термопластичные (термопласты)  полиэтилен, полипропилен, полистирол, фторопласт, винипласт и др., термореактивные (реактопласты)  текстолит, стеклотекстолит, гетинакс, древесно-слоистые пластики, асботекстолит, пенопласт, поропласт и др. Термопласты отличаются высокотехнологичностью и небольшой усадкой при формовке, обладают значительной эластичностью и не склонны к хрупкому разрушению. Реактопласты хрупкие и дают большую усадку, поэтому использование в них наполнителя обязательно.

Наполнитель вводят с целью снижения стоимости и обеспечения заданных свойств материала, в первую очередь прочностных. К наиболее распространенным наполнителям относятся древесная или минеральная мука (порошковые наполнители), асбестовое, хлопчатобумажное или другое органическое волокно (волокниты). Полимеры с наполнителем  стекловолокном называют стекловолокнитами, листами бумаги  гетинаксами, тканью  текстолитами.

Пластификатор повышает пластичность пластмасс. В качестве пластификаторов применяют эфиры многоатомных спиртов и многоосновных кислот. Отвердители (инициаторы, активаторы) ускоряют, а ингибиторы замедляют переход термоактивных смол в неплавкое состояние или термопластичных  в твердое. Смазывающие добавки повышают текучесть материала при переработке и предупреждают прилипание изделия к формообразующей оснастке.

Термопласты делят на неполярные и полярные. К первым относятся полиэтилен, полипропилен, полистирол и фторопласт-4, ко вторым  органическое стекло, фторопласт-3, поливинилхлорид, полиамиды, полиуретаны, поликарбонаты, полиформальдегид и др.

При изготовлении поро- и пенопластов добавляют газообразователи  вещества, которые при нагреве разлагаются, выделяя большое количество газов, вспенивающих смолу. Газообразователи уменьшают плотность пластмасс, придают тепло- и электроизоляционные свойства.

Свойства пластмасс. Свойства пластмасс определяются физико-механическими характеристиками их основы  смолы, и зависят от содержания связующего (30…70 %), количества и вида добавок.

Широкое применение пластмасс в машиностроении стало возможным благодаря их специфическим свойствам. К ним относятся:

малая плотность (для большинства пластмасс  0,9…1,8 г/см³), позволяющая значительно уменьшать массу деталей и оборудования;

высокая коррозионная стойкость  не подвержены электрохимической коррозии в щелочах и кислотах;

высокие электроизоляционные характеристики;

хорошие антифрикционные свойства ряда пластмасс позволяют с успехом применять их для изготовления подшипников скольжения;

применение некоторых пластмасс с высоким коэффициентом трения для изготовления деталей тормозных устройств;

высокая прозрачность и другие оптические свойства некоторых пластмасс;

большой диапазон твердости и эластичности, зависящие от структуры, температуры, среды и т.д.;

возможность переработки в изделия самыми производительными способами  литьем, выдавливанием и т.п. с коэффициентом использования материала 0,90…0,95.

Вместе с тем при выборе пластмасс для изготовления различных деталей необходимо учитывать, что им присущи:

малая прочность, жесткость и твердость;

большая ползучесть, особенно у термопластов;

низкая теплостойкость: для большинства пластмасс рабочая температура составляет от 60 до +200 С, немногие могут работать при 300…400 С;

низкая теплопроводность (в 500…600 раз меньше, чем у металлов), затрудняющая отвод тепла в узлах трения, например в подшипниках скольжения;

старение  потеря свойств под действием тепла, света, воды и других факторов.

Основными технологическими свойствами пластмасс являются текучесть, усадка, скорость отверждения (реактопластов) и термостабильность (термопластов).

Текучесть  способность материалов заполнять форму при определенных температуре и давлении  зависит от вида и содержания в материале смолы, наполнителя, пластификатора, смазочного материала, а также от конструктивных особенностей пресс-формы. Для ненаполненных термопластов за показатель текучести принимают «индекс расплава»  количество материала, выдавливаемого через сопло диаметром 2,095 мм при определенных температуре и давлении в единицу времени.

Под усадкой понимают абсолютное или относительное уменьшение размеров детали по сравнению с размером полости пресс-формы.

Продолжительность процесса перехода реактопластов из высокоэластичного или вязкотекучего состояния в состояние полной полимеризации определяет скорость отверждения. Скорость отверждения (полимеризации) зависит от свойств связующего (термореактивной смолы) и температуры переработки. Низкая скорость отверждения увеличивает время выдержки материала в пресс-форме под давлением и снижает производительность процесса. Повышенная скорость отверждения может вызвать преждевременную полимеризацию материала в пресс-форме, в результате чего отдельные участки формующей полости не будут заполнены пресс-материалом.

Под термостабильностью понимают время, в течение которого термопласт выдерживает определенную температуру без разложения. Высокую термостабильность имеют полиэтилен, полипропилен, полистирол и др. Переработка их в детали сравнительно проста. Для материалов с низкой термостабильностью (полиформальдегид, поливинилхлорид и др.) необходимо предусматривать меры, предотвращающие возможность разложения их в процессе переработки: например, увеличение сечения литников, диаметра цилиндра и т.д.

В зависимости от физического состояния, технологических свойств и других факторов все способы переработки пластмасс в детали наиболее целесообразно разбить на следующие основные группы: переработка в вязкотекучем состоянии (прессованием, литьем под давлением, выдавливанием и др.); переработка в высокоэластичном состоянии (пневмо- и вакуум-формовкой штамповкой и др.); получение деталей из жидких пластмасс различными способами формообразования; переработка в твердом состоянии разделительной штамповкой и обработкой резанием; получение неразъемных соединений сваркой, склеиванием и др.; различные способы переработки (спекание, напыление и др.).