11

Раздел 16. Пластмассы – конструкционные материалы

План:

16.1. Краткие сведения о развитии производства пластмасс. Направления дальнейшего развития этой отрасли.

16.2. Охрана окружающей среды.

16.3. Использование вторичного сырья.

16.4. Классификация пластмасс.

16.5. Основные технологические свойства пластмасс

16.6. Основные пластические массы, применяемые в качестве конструкционных материалов.

16.7. Способы изготовления деталей из пластмасс

16.7.1. Прямое (компрессионное) прессование

16.7.2. Литьевое прессование

16.7.3. Штамповка листовых термопластов

16.7.4. Вальцевание

16.7.5. Литье термопластов под давлением.

16.7.6. Изготовление изделий выдавливанием (экструзия).

16.7.7. Изготовление труб из сложных пластиков.

16.7.8. Центробежное литьё термопластов.

16.7.9. Получение деталей из композиционных пластиков

16.1. Краткие сведения о развитии производства пластмасс. Направления дальнейшего развития этой отрасли

Основными неметаллическими материалами, используемыми в качестве конструкционных в машиностроении, являются пластмассы. Еще совсем недавно пластмассы называли материалами будущего. Сегодня полимерные материалы настолько плотно и всесторонне вошли в наше производство и быт, что время, в которое мы живем, иногда называют "веком пластмасс". Впервые в России в 1916 году пластические массы стал выпускать небольшой завод в городе Орехово-Зуево. Здесь на основе процесса, разработанного русскими химиками Г.С. Петровым, В.И. Лосевым и К.И. Тарасовым, получили термореактивную слюду карболит.

Наибольшее развитие производство пластмасс достигло в годы Советской власти.

Так за период с 1925 года по настоящее время было построено много химических заводов: это Охтинский (г. Ленинград) по производству фенолформальдегидных смол, Кусковский, Владимирский, Любучанский, в Москве экспериментальный завод пластмасс, в Ленинграде, Владимире, Ростове-на-Дону, Северодонецке, Грузии, Армении, Азербайджане, в Прибалтике, в Узбекистане, Украине и др.

Большой вклад в развитие производства пластмасс внесли ученые. Создавались научно-исследовательские институты, работа которых координировалась основными направлениями социального и экономического развития страны.

Развитие в стране автомобильной, тракторной, авиационной отраслей промышленности потребовало увеличения производства пластических масс.

Было освоено производство винилацетатных пластиков, карбидных смол, винилхлорида, полиэтилена высокого давления, поливинилхлоридной смолы, капролактама, полиуретана и др. На Гурьевском химическом заводе (Казахстан) было освоено производство полипропилена.

В семидесятых годах на Шевченковском заводе пластмасс было начато производство этилена, этилбензола, стирола и полистирола (ударопрочного, общего назначения и вспенивающегося).

Из большого количества производимых в настоящее время пластических масс можно выделить четыре самых главных. Это – полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и фенолоформальдегидные пластики. У нас в стане несколько задержалось производство полипропилена, который дополняет эту четверку данных. По массе эта четверка занимает от общего выпуска пластмасс примерно половину. Производство указанных пластмасс нарастает. Прирост полиэтилена и полистирола был получен за счет предприятий, расположенных на востоке.

В настоящее время промышленность полимерных материалов развивается преимущественно в европейской части страны, для которой характерны дефицитные водохозяйственные и топливно-энергетические балансы, ограниченность собственных ресурсов углеводородного сырья и значительный объем потребления пластических масс. Здесь выпускается около 91 % пластмасс. На долю районов Сибири и Дальнего Востока приходится менее 5 % выпуска полимеризационных пластиков. Дальнейшее развитие производства пластмасс сможет идти только в направлении создания крупных энергоемких комплексов, приближенных к источникам сырья и энергии. Поэтому наращивание мощностей предполагается за счет развития уже строящихся и проектируемых производств Западной Сибири. Темпы развития производства пластических масс в этой зоне будут определяться наличием свободных ресурсов.

Немаловажная задача перед учеными и практиками стоит в области повышения качества пластических масс. Дефицит пластмасс в значительной мере можно покрыть, увеличивая надежность и долговечность полимерных материалов, улучшая их качество.

В нашей стране открыт принцип получения особо прочных изделий из пластмасс, изготовляемых из доступного сырья, предложены технологические приемы, позволяющие во многих странах использовать уже имеющееся оборудование.

Прочностные характеристики материалов традиционно принято сопоставлять, беря за точку отсчета прочность стали. Прочность ее лучших сортов примерно 2000 МПа. Обычная прочность полиэтилена не превышает 20-30 МПа. После сложной специальной обработки полиэтилен становится прочнее в 20-25 раз и все-таки сравнение со сталью остается для него невыгодным. В институте высокомолекулярных соединений АН (УССР) научились получать полиэтилен прочностью до 2000 (3000) МПа. Такого не удалось достичь даже лидерам в производстве высококачественного полиэтилена – японцам.

Проблема прочности, надежности, улучшения качества пластмасс многосторонняя, она требует решения многих попутных задач. Одной из таких задач является разработка совершенных методов испытания пластмасс и создание для этой цели особых машин и стендов, которые позволяли бы предсказывать поведение материала в тех или иных условиях. Больших результатов в решении этой задачи добились сотрудники института механики полимеров АН Латвии. Они научились предвидеть картину поведения пластиков через 10-20 лет.

Еще одним из главных направлений в области увеличения качества выпускаемых пластических масс является повышение эффективности применения полимерных материалов. С этой целью организован выпуск новых марок уже освоенных полимеров, различных композиционных материалов – смешивающихся, огнестойких, атмосферо-, и морозостойких и т.д., а также новых полимеров.

В 80-х годах в промышленных масштабах начал выпускаться сополимер этилена с пропиленом (СЭП), который обладает высокими свойствами: прочностью, морозостойкостью и стойкостью к растрескиванию в агрессивных средах, что позволяет использовать его для изготовления износостойких покрытий, труб, гибких шлангов, листов, а также для изоляции проводов и кабелей. Применение его в народном хозяйстве высокоэффективно.

Высокий интерес, проявляемый к пластмассам, можно объяснить рядом их ценных свойств: коррозионной стойкостью, износостойкостью, высокой механической прочностью, высокой химической прочностью, хорошими диэлектрическими свойствами. Благодаря этому пластмассы широко внедряют во многие отрасли техники, что способствует совершенствованию конструкций, снижению себестоимости продукции, повышению производительности труда. Бурное развитие производства полимеров в настоящее время определяется неограниченными запасами сырья, легкостью переработки в изделия, комплексом ценных свойств.

Пластмассы широко применяются в машиностроении, в автомобилестроении, в самолетостроении, электротехнике, электронике, химической промышленности, при строительстве космических кораблей и др.

Пластмассы в целом ряде случаев успешно заменяют металлы. Использование одной тонны полимеризационных пластиков позволяет высвободить 5-9 тонн цветных металлов.

В литейном производстве пластмассы применяют для изготовления моделей и стержней. По сравнению с металлическими их масса меньше в 2 раза, они дешевле в 2-4 раза, в 3-10 раз ниже трудоемкость изготовления.

Известно, что штампы всегда изготавливались из высококачественной стали, а теперь ее с успехом заменяют пластмассы. При качественном изготовлении штампов из пластмасс затрата на них по сравнению с металлическими снижается на 40-60 % и они надежны в эксплуатации.

Специалисты-экономисты установили, что весьма целесообразно применять полимерные трубы взамен металлических, что дает огромный экономический эффект.

По сведениям зарубежных специалистов, на производство и переработку пластмасс требуется нефти как энергетического сырья в 5,3 раза меньше, чем для того же количества алюминия, а для жести – в 3,4 раза. Понятно, что там, где полимерные материалы способны по своим физико-химическим свойствам заменить алюминий и жесть, такая замена энергетически выгодна. Одна из крупных зарубежных фирм приводит такие впечатляющие данные: производство миллиона литровых стеклянных бутылей требует 230 тонн нефти, а миллиона таких же бутылей из поливинилхлорида – всего 97 тонн. Для производства миллиона мешков из бумаги нужно затратить 700 тонн нефти, а на миллион мешков из полиэтилена - 470 тонн нефти. Цифры говорят сами за себя, это подтверждают и наши специалисты.

Пластмассы широко применяют как антифрикционный материал для изготовления подшипников, причем срок службы подшипников резко возрастает; они бесшумны в работе и почти не нуждаются в смазке. На станкостроительных заводах из пластмасс изготавливают детали множества наименований (кольца, рукоятки, кнопки и др.), в результате чего ежегодно экономятся десятки тонн металла.