Термопластичні пластмаси.

У основі термопластичних пластмасс лежать полімери лінійної чи розгалуженої структури, іноді до складу полімерів  вводять пластифікатори. 

Термопластичні пластмаси застосовують як прозоре органічне скло, високо- і низькочастотні діелектрики, хімічно стійкі матеріали; з цих пластмас  виготовляють тонкі плівки і волокна. Деталі, виконані з таких матеріалів, мають обмежену робочу температуру. Зазвичай при нагріванні вище 6О–7О °С починається різке зниження їх фізико-механічних характеристик, хоча більш теплостійкі пластмаси можуть працювати при температурі 150–250 °С.

Термостійкі полімери з жорсткими ланцюгами і циклічною структурою стійкі до 400–600 °С.

Неполярні термопластичні пластмаси.

До неполярних пластиків відносяться поліетилен, поліпропілен, полістирол і фторопласт-4.

Поліетилен – продукт полімеризації безбарвного газу етилену, що відноситься до полімерів, які кристалізуються.

За щільністю поліетилен поділяють на поліетилен низької щільності, що отримується у процесі полімеризації при високому тиску (ПЕВТ), містить 55–65 % кристалічної фази, і поліетилен високої щільності, що отримується  при  низькому тиску (ПЕНД), має кристалічність до 74–95 %.

Чим вищи щільність і кристалічність поліетилену, тим  вища  механічна міцність і теплостійкість матеріалу. Теплостійкість (ГОСТ 12021-75) поліетилену невисока, тому тривало його можна застосовувати при температурах до 60–100 °С. Морозостійкість поліетилену сягає – 70 °С і нижче. Поліетилен хімічно стійкий і при кімнатній температурі не розчиняється у жодному з  відомих  розчинників. При нагріванні стійкий до води, ацетону, спирту.

Недоліком поліетилену є його схильність до старіння. Для захисту від старіння у поліетилен вводять стабілізатори та інгібітори (2–3 % сажі уповільнюють процеси старіння у 30 разів).

Під дією радіоактивного опромінення поліетилен твердіє, набуває велику міцність і теплостійкість.

Поліетилен застосовують для виготовлення труб, литих і  пресованих несилових деталей (вентилі, контейнери тощо), поліетиленових плівок для ізоляції проводів та кабелів, чохлів, скління парників, облицювання водойм, крім того, поліетилен служить покриттям на металах для захисту від корозії, вологи, електричного струму й ін.

Поліпропилен  – є похідною етилену. Застосовуючи металоорганічні  каталізатори, отримують поліпропилен, який містить значну кількість стереорегулярної структури. Це жорсткий нетоксичний матеріал з високими фізико-механічними властивостями. Порівняно з поліетиленом цей пластик більш теплостійкий і зберігає форму до температури 150 °С. Поліпропиленові плівки міцні і більш газонепроникні, ніж поліетиленові, а волокна еластичні, міцні і хімічно стійкі. Нестабілізований поліпропилен  піддається швидкому старінню. Недоліком пропилену є його невисока  морозостійкість (– 10 – 20 °С). Поліпропілен застосовують для виготовлення труб, конструкційних деталей автомобілів, мотоциклів, холодильників, корпусів насосів, різних ємкостей та ін. Плівки  використовують  в тих  же  цілях, що і поліетиленові.

Полістирол – твердий, жорсткий, прозорий, аморфний полімер. За діелектричними характеристиками близький до поліетилену, зручний для механічної обробки, добре фарбується. Будучи неполярним, полістирол розчиняється у багатьох неполярних розчинниках (бензол), у той же час він хімічно стійкий до кислот і лугів; розчиняється у спиртах, бензині, мастилах, воді. Полістирол найбільш стійкий до радіоактивного опромінення порівняно з іншими термопластами (присутність у макромолекулах фенільного радикалу С₆Н₅). Недоліками полістиролу є його невисока теплостійкість, схильність до старіння, утворення тріщин. Ударостійкий полістирол являє собою блоксополімери стиролу із синтетичним каучуком. Такий матеріал має у 3–5 разів більш високу міцність на удар і у 10 разів вище відносне подовження порівняно із звичайним полістиролом. Високоміцні АБС-пластики (акрилонитрилбутадієнстирольні) відрізняються підвищеною хімічною стійкістю і ударною міцністю. Проте діелектричні властивості таких сополімерів нижчі порівняно з чистим полістиролом. Із полістиролу виготовляють деталі для радіотехніки, телебачення та приладів, деталі машин (корпуси, ручки тощо), ємності для води і хімікатів, плівки стирофлекс для електроізоляції, а АБС-пластики застосовуються для деталей автомобілів, телевізорів, човнів, труб й под.

Фторопласти (вітчизняна назва пластика фторопласт-4, фторлон-4) є термічно і хімічно стійкими матеріалами. Основним представником фторовмісних полімерів є політетрафторетилен. Це насичений полімер з макромолекулами у вигляді зигзагоподібних спіралей. До температури 250 °С швидкість кристалізації мала і не впливає на його механічні властивості, тому довго експлуатувати фторопласт-4 можна до температури 250 °С. Руйнування матеріалу відбувається при температурі вище 415 °С. Аморфна фаза знаходиться у високоеластичному стані, це додає фторопласту-4 (фторлон-4) відносну м'якість. Температура склування – 120 °С, але навіть при дуже низьких температурах (до – 269 °С) пластик некрихкий. Висока термостійкість фторопласта-4 обумовлена ​​високою енергією зв'язку С–Р. Крім того, внаслідок невеликого розміру атоми фтору утворюють щільну оболонку навколо ланцюга С–С і захищають останню від хімічних реагентів. Фторопласт-4 стійкий до дії розчинників, кислот, лугів, окислювачів. Практично фторлон-4 руйнується тільки під дією розплавлених лужних металів (калій, натрій) і елементарного фтору, крім того, вода пластик не змочує.

Фторопласт-4 застосовують для виготовлення труб для хімікатів, деталей (вентилі, крани, насоси, мембрани), ущільнювальних прокладок, манжет, сильфонів, електрорадіотехнічних деталей, антифрикційних покриттів на металах (підшипники,втулки).

Різновидом фторопласта є фторопласт-4Д, що відрізняється формою і розміром частинок, меншою молекулярною масою. Це полегшує переробку матеріалу у вироби. Фізико-механічні властивості однакові з фторопластом-4. Волокно і плівку фторлон виготовляють з фторопласту-4. Фторлонова тканина не горить, хімічно стійка, застосовується для ємностей, рукавів, спецодягу, діафрагм й под.

Полярні термопластичні пластмаси.

До полярних пластиків відносяться фторопласт-3, органічне скло, полівінілхлорид, поліаміди, поліуретани, поліетилентерефталат, полікарбонат, поліарілати, пентапласт, поліформальдегід. 

Фторопласт-3 (фторлон-3) – полімер тріфторхлоретілена і є кристалічним полімером.

 Уведення атома хлору порушує симетрію ланок макромолекул, матеріал стає полярним. Діелектричні властивості знижуються, але з'являється пластичність і полегшується переробка матеріалу у вироби. Фторопласт-3, повільно охолоджений після формування, має кристалічність близько 80–85 %, а загартований – 30–40 %. Інтервал робочих температур від –105 до +70 °С. При температурі 315 °С починається термічне руйнування. Холаднотекучість полімеру проявляється слабше, ніж у фторопласта-4. За хімічною стійкістю поступається політетрафторетилену, але все ж має високу стійкість до дії кислот, окислювачів, розчинів лугів і органічних розчинників. 

Органічне скло – це прозорий аморфний термопласт на основі складних ефірів акрилової і метакрилової кислот. Найчастіше застосовується поліметилметакрилат, іноді пластифікований дибутилфталат. Матеріал більш ніж у 2 рази легший мінеральних стекол, відрізняється високою атмосферостійкістю, оптично прозорий (світло прозорість 92 %), пропускає 75 % ультрафіолетового проміння (силікатні – 0,5 %). При температурі 80 °С органічне скло починає розм'якшуватися; при температурі 105–150 °С з'являється пластичність, що дозволяє формувати з нього різні деталі. Механічні властивості органічного скла залежать від температури. Критерієм, що визначає придатність органічних стекол для експлуатації, є не тільки їх міцність, а й поява на поверхні і усередині матеріалу дрібних тріщин, так званого «срібла». Цей дефект знижує прозорість і міцність скла. Причиною появи срібла є внутрішні напруження, що виникають у зв'язку з низькою теплопровідністю і високим температурним коефіцієнтом лінійного розширення матеріалу.

Органічне скло стійке до дії розбавлених кислот і лугів, вуглеводневих палив і мастил, розчиняється у ефірах і кетонах, органічних кислотах, ароматичних і хлорованих вуглеводнях. Старіння органічного скла у природних умовах протікає повільно.

Недоліком органічного скла є невисока поверхнева твердість. Збільшення термостійкості і ударної в'язкості органічного скла досягається витягуванням його у пластичному стані в різних напрямках (орієнтованні стекла), при цьому збільшується у кілька разів міцність на удар і стійкість до «сріблення»; сополімерізацією або прищепленою полімеризацією поліметилметакрилату з іншими полімерами, що підвищує поверхневу твердість і теплостійкість; отриманням частково зшитої структури (термостабільні стекла); застосуванням багатошарових стекол («триплекс») на основі органічних стекол, склеєних прозорою плівкою (наприклад, з полівінілбутіраля).

Максимальні робочі температури при повному прогріві органічних стекол 60–100 °С. При неповному прогріві за товщиною скло можна використовувати у інтервалі від – 60 до 160 °С. Органічне скло використовують у літакобудуванні, автомобілебудуванні.

З органічного скла виготовляють світлотехнічні деталі, оптичні лінзи і ін. На основі поліметилметакрилату отримують пластмаси: АСТ, стіракріл, АКР. Зазначені матеріали застосовують для виготовлення штампів, ливарних моделей та абразивного інструменту.

Полівінілхлорид є полярним аморфним полімером. Пластмаси на основі полівінілхлориду  мають хороші електроізоляційні характеристики, стійкі  до хімікатів, не підтримують горіння, атмосферостійкі. 

Непластифікований твердий полівінілхлорид називається вініпластом.  Вініпласти мають високу механічну міцність і пружність.

З вініпласту виготовляють труби для подачі агресивних газів, рідин і води, захисні покриття для електропроводки, деталі вентиляційних установок, теплообмінників, захисні покриття для металевих ємностей, будівельні  облицювальні плитки. Крім того, вініпластом облицьовують  гальванічні ванни.  Недоліками цього матеріалу є низька тривала міцність і низька робоча  температура під навантаженням (60–70 °С), великий коефіцієнт лінійного  розширення.

При введенні пластифікатора отримують поліхлорвініловий пластикат, що має морозостійкість –15 –50 °С, використовується для  консервації двигунів,  виготовлення засобів захисту при роботі з радіоактивними речовинами. З пластикату отримують труби, друковані  валики,  ущільнювальні  прокладки; використовують для покриття тканин (наприклад, конвеєрні стрічки).

Поліаміди – це група пластмас з відомими назвами: капрон, нейлон, анід та ін. Поліаміди кристалізуються.  Окремі ланцюжки макромолекул розташовуються таким чином, що між групами CO і NH, що належать різним ланцюжкам, виникає водневий зв'язок, який підвищує температуру плавлення до 210–264 °С і сприяє утворенню регулярної структури. Властивості різних видів поліамідів досить близькі. У них низька щільність; межа міцності при розриві 5–11 кгс/мм², відносне подовження від 10–100 до 200–350 %, міцність волокон 60 кгс/мм². Поліаміди мають низький коефіцієнт тертя, тривалий час можуть працювати на стирання, крім того, поліаміди ударостійкі і здатні поглинати вібрацію. Вони стійкі до лугів, бензину, спирту; стійкі у тропічних умовах. 

До недоліків поліамідів відноситься деяка гігроскопічність і схильність старіння внаслідок окислення (особливо при переробці смол). Водопоглинання залежить від вмісту амідних груп та структури і становить від 1,75 % (поліамід П-12) до 11–12 % (капрон, П-54). Стійкість поліамідів до світла підвищується введенням стабілізатора, а антифрикційні властивості – введенням наповнювача – графіту. 

З поліамідів виготовляють шестірні, втулки, підшипники, болти, гайки, шківи, ​​деталі ткацьких верстатів, мастилобензопроводи, ущільнювачі гідросистем, колеса відцентрових насосів, турбін, турбобурів, буксирні канати й под. Поліаміди використовують у електротехнічній промисловості, медицині і, крім того, як антифрикційні покриття металів. 

Поліуретани містять уретанову групу. Кисень молекулярного ланцюга надає полімерам гнучкість, еластичність; їм властива  висока  атмосферо стійкість і морозостійкість (– 60 –70 °С). Верхня температурна  межа становить 120–170 °С (при високій вологості – до 100–110 °С).  Властивості поліуретану в основному близькі до властивостей поліамідів. З поліуретану виробляють плівкові матеріали і волокна, які малогігроскопічні та хімічно стійкі. Залежно від вихідних речовин, що застосовуються при отриманні поліуретанів, вони можуть мати різні властивості, бути твердими,  еластичними і навіть термореактивними.

Поліетилентерефталат – складний  поліефір. Випускався під назвою  лавсан,  за кордоном – майлар, терілен. Поліетилентерефталат є кристалічним  полімером; при швидкому охолодженні розплаву можна отримувати аморфний полімер, який при нагріванні понад 80 °С починає кристалізуватися. Присутність кисню у основному ланцюзі надає гарну морозостійкість (–70 °С).

Бензольне кільце підвищує теплостійкість (температура плавлення 255–257 °С).  Механічна міцність при розтягуванні 1,75 кгс/мм², модуль пружності  352 кгс/мм², при орієнтуванні міцність зростає. 

Поліетилентерефталат є діелектриком і має порівняно високу хімічну стійкість, стійкий в умовах тропічного клімату. Із поліетилентерефталату  виготовляють шестірні, кронштейни, канати, ремені, тканини, плівки та ін.

Полікарбонат – складний поліефір вугільної кислоти; випускається під назвою діфлон. Це кристалічний полімер, якому при плавленні і подальшому охолодженні можна надати аморфну ​​структуру. Такий матеріал стає склоподібним і прозорим. Властивості полікарбонатів своєрідні – їм притаманні гнучкість і одночасно міцність та жорсткість. За міцністю при розриві матеріал близький до вініпласту і відрізняється високою ударною в'язкістю, він не холоднотекуч. При тривалому нагріванні, навіть до температури розм'якшення, зразки зберігають свої розміри і залишаються еластичними при низьких температурах.

Полікарбонат хімічно стійкий до розчинів солей, розведених кислот і лугів, палива, олив; руйнується міцними лугами. Витримує світлотепловакуумне старіння і теплові удари. Полікарбонат має обмежену стійкість до іонізуючих випромінювань.

З полікарбонату виготовляють шестірні, підшипники, автодеталі, радіодеталі й под. Його можна використовувати у кріогенній техніці для роботи у середовищі рідких газів. Діфлон застосовується також у вигляді гнучких, міцних плівок.

Поліарілати – складні гетероцепні поліефіри. Поліарілататам властиві висока термічна стійкість і морозостійкість (до –100 ^оС), хороші показники механічної міцності і антифрикційні властивості. Поліарілати радіаційностійкі і хімічностійкі. Поліарілати застосовуються для підшипників, що працюють у глибокому вакуумі без змащення, як ущілювальні матеріали у буровій техніці.

Пентапласт є хлорованим простим поліефіром, відноситься до полімерів, що повільно кристалізуються. Пентапласт більш стійкий до нагрівання порівняно з полівінілхлоридом (відщеплення хлористого водню під дією температури не відбувається). Міцність пентапласта близька до міцності вініпласту, але він витримує температуру 180 ^оС і добре формується, нехолоднотекуч, стійкий до стирання. Пентапласт, будучи речовиною полярною, має задовільні електроізоляційні властивості. Крім того, він водостійкий. За хімічною стійкістю займає проміжне положення між фторопластом і вініпластом. З пентапласта виготовляють труби, клапани, деталі насосів і точних приладів, ємності, плівки та захисні покриття на металах.

Поліформальдегід – простий поліефір – лінійний полімер, який має у ланцюгу кисень. Підвищена кристалічність (75 %) і надзвичайно щільна упаковка кристалів дають поєднання таких властивостей, як твердість, висока ударостійкість і пружність.

Температурний інтервал застосування полімеру від –40 до 130 ^оС; він водостійкий, стійкий до мінеральних олив і бензину. Поліформальдегід використовують для виготовлення зубчастих передач, шестерень, підшипників, клапанів, деталей автомобілів, конвеєрів й под.

Термостійкі пластики. У цих полімерах феніленові ланки чергуються з гнучкими ланками (амідними, сульфідними та ін). Температура експлуатації їх до 400 °С. Крім полімерів з гнучкими ланками створюється новий класс полімерів з жорсткими ланцюгами, у які вводяться стійкі гетероцикли.

Ароматичний поліамід – фенилон. Це лінійний гетероланцюговий полімер, здатний кристалізуватися.

Порівняно з капроном, фенилон має більш високу втомну міцність і зносостійкість.

З фенилону виготовляють підшипники, ущільнювальні деталі запірних пристроїв, зубчасті колеса, деталі електрорадіопередач. З нього отримують плівки, волокна, папір (номекс).

Поліфеніленоксид – простий ароматичний поліефір, аморфний, важко кристалізується, за термічною стабільністю поступається фенилону. Тривало його можна застосовувати до 130–150 °С; хімічностійкий.

Полісульфон – простий ароматичний поліефір. Це аморфний полімер, що важко кристалізується. Матеріал термічностабільний, хімічностійкий, за міцністю близький до поліфеніленоксиду. Полісульфон застосовують у вигляді плівок. З нього виготовляють деталі автомобілів, верстатів, побутових машин.

Поліаміди – ароматичні гетероциклічні полімери. Залежно від структури поліаміди можуть бути термопластичними і термореактивними. Найбільше практичне застосування отримали лінійні полііміди. На основі поліімідів отримують плівки, які за міцністю не поступаються лавсановим. Поліаміди стійкі до дії розчинників, мастил, слабких кислот та лугів. Руйнуються при тривалому впливі киплячої води та водяної пари. Можуть довго працювати у глибокому вакуумі при високих температурах.

Поліаміди застосовують у вигляді плівок для ізоляції проводів та кабелів, друкованих схем, електронно-вакуумної теплової ізоляції.

Порядок виконання роботи

1. Вивчити теоретичні відомості.

2. Описати основні властивості та застосування запропонованих викладачем термопластів.

Зміст звіту

1. Найменування роботи, мета й устаткування.

2. Основні положення теоретичних відомостей.

3. Основні властивості та застовування запропонованих викладачем термопластів.

Контрольні питання

1. Як класифікують пластмаси?

2. Що таке термопластичні полімери?

3. Якими основними властивостями характеризуються термопласти?

4. Застосування термопластів у техниці.

Література: [6 – 8].

Лабораторна робота № 13

Тема. Вивчення термореактивних пластмас

Мета: ознайомитися з властивостями та застосуванням реактопластів у машинобудуванні.

Устаткування: зразки реактопластів.

Короткі теоретичні відомості

В якості сполучних речовин застосовуються термореактивні смоли, в які іноді вводяться, пластифікатори, отверджувачі, прискорювачі або сповільнювачі, розчинники. Основними вимогами до сполучних речовин є висока  клеюча  здатність (адгезія), висока теплостійкість, хімічна стійкість і електроізоляційні  властивості, простота технологічної переробки,  невелика  усадка та відсутність токсичності (шкідливості). Смола склеює як окремі шари  наповнювача, так і елементарні волокна і сприймає  навантаження  одночасно з ними, тому речовина після затвердіння повинна мати достатню міцність на відрив при розшаровуванні матеріалу. Для забезпечення високої  адгезії сполучна речовина повинна бути  полярною. Необхідно, щоб температурні коефіцієнти лінійного розширення сполучної речовини і наповнювача були близькі за величиною.

У виробництві пластмас широко використовують фенолоформальдегідні, кремнійорганічні, епоксидні смоли, неграничні поліефіри і їх різні модифікації. Більш високу адгезію до наповнювача мають епоксидні сполучні речовини, які дозволяють отримувати армовані пластики з високою механічною міцністю. Теплостійкість склопластиків при тривалому нагріванні становить на кремнійорганічній сполучній речовині до 370 °С, на фенолоформальдегідній до 260 °С, на епоксидній до 200 °С, на неграничній поліефірній сполучній речовині до 200 °С і на поліімідній до 350 °С. Таким чином, найвищу термостійкість мають пластики на кремнійорганічній речовині, але їх механічна міцність і адгезія до наповнювача внаслідок низької полярності смоли нижчі, ніж у інших сполучних. Важливою властивістю неграничних поліефірів і епоксидних смол є їх здатність до затвердівання не тільки при підвищеній, а й при кімнатній температурі без виділення побічних продуктів з мінімальною усадкою. З пластмас на їх основі можна отримувати великогабаритні вироби.

Залежно від форми частинок  наповнювача  термореактивні пластмаси можна підрозділити на наступні групи: порошкові, волокнисті і шаруваті.

Пластмасси з порошковими наповнювачами. В якості наповнювачів застосовують органічні порошки (деревна мука, порошкоподібна целюлоза) і мінеральні (мелений кварц, тальк, цемент, слюдяна мука, графіт та ін.).

Властивості порошкових пластмас характеризуються ізотропною, невисокою механічною міцністю і низькою  ударною  в'язкістю, задовільними  електроізоляційними показниками. На основі фенолоформальдегідних смол з органічними наповнювачами виготовляють прес-порошки, з яких  пресуванням  отримують несилові конструкційні та електроізоляційні деталі: рукоятки, деталі приладів й под. Термостійкість пластмаси обмежується температурою руйнування деревини. На основі карбамідних смол виробляються прес-порошки, які порівняно з фенопластом мають хороший декоративний вигляд і більш низьку теплостійкість (100 °С).

Мінеральні наповнювачі надають пластмасі водостійкість, хімічну стійкість, підвищені електроізоляційні властивості, стійкість до тропічного  клімату. При використанні в якості сполучної речовини кремнійорганічних полімерів і наповнювачів у вигляді кварцового порошку або азбесту теплостійкість пластмас досягає 300 °С. Композиції на основі епоксидних смол широко застосовують у машинобудуванні для виготовлення різного  інструментального оснащення, витягувальних і формувальних штампів, корпусів верстатних, складальних і контрольних пристроїв, ливарних моделей, копірів та іншого оснащення. Їх застосовують для відновлення зношених деталей, усунення дефектів металевих відливок. Пластмаси, наповнені меленим кварцем, порцеляновою  мукою, мають абразивні властивості.

Пластмаси з волокнистими наповнювачами. До цієї групи пластмас відносяться волокніти, азбоволокніти, скловолокніти. Волокніти являють собою композиції з волокнистого наповнювача у вигляді пачосів бавовни, просоченого фенолоформальдегідною сполучною речовиною. Порівняно з прес-порошками вони мають декілька підвищену ударну в'язкість. Прес-матеріал волокніту є грубою і жорсткою масою, з якої не можна пресувати дрібногабаритні, тонкостінні деталі, волокніти застосовують для деталей загального технічного призначення з підвищеною стійкістю до ударних навантажень, які працюють на вигин і кручення (рукоятки, стійки, фланці, направляючі втулки, шківи, маховики й под.).

Азбоволокніти містять наповнювачем азбест – волокнистий мінерал, який розщеплений на тонке волокно. Сполучною речовиною служить фенолоформальдегідна смола. Перевагою азбоволокнітів є підвищена теплостійкість (понад 200 °С) і ударостійкість, стійкість до кислих середовищ і високі фрикційні властивості.  Азбоволокніти використовуються в якості матеріалу гальмівних пристроїв (колодки, накладки, диски підйомних кранів, вагонів, автомобілів, екскаваторів та ін); з матеріалу фаоліту (різновид азбоволокнітів) отримують кислототривкі апарати, ванни, труби.

Скловолокніти – це композиція, що складається зі  сполучної  синтетичної смоли і скловолокнистого наповнювача. Скловолокно  отримують продавлюванням розплавленої скломаси через фільєри (отвори у дні електропечі). В якості наповнювача застосовуються безперервне скловолокно або коротке  волокно. Міцність скловолокна різко  зростає із зменшенням  його діаметру (внаслідок впливу неоднорідностей і тріщин, що виникають  у товстих  перетинах). Властивості скловолокна залежать також від вмісту у його складі лугів – найкращі показники у безлужних стекол алюмоборосілікатного складу, до  термостійких відносяться волокна –  кварцеве,  кремнеземне (або кварцоїдне),  алюмосилікатне. Скловолокно негорить, стійке до дії ультрафіолетових  променів, хімічностійке, стабільних розмірів. Наповнювач  є армуючим  елементом і сприймає основні навантаження при роботі  склопластику.

Орієнтовані стекловолокніти мають наповнювач у вигляді довгих скляних  волокон, розташованих орієнтовано окремими пасмами і ретельно склеєних  сполучною речовиною  (АГ-4С).  Це забезпечує  більш високу  міцність  склопластику.  Наприклад  склопластик  АГ-4В (неорієнтований) має  а=25кгс·см/см²; а склопластик А Г-4С (орієнтований) – а=100 кгс·см/см².

Скловолокніти у результаті високих фізико-механічних характеристик застосовують  для  деталей високого класу точності будь-якої конфігурації з арматурою і різьбленням. Вони можуть працювати при температурах від –60 до 200 °С, а також у тропічних умовах, витримувати  великі інерційні  перевантаження. Іонізуючі випромінювання при дозі 400 Мрад мало  впливають на їх механічні та електричні властивості.

Шаруваті пластмаси. Шаруваті пластмаси є силовими конструкційними і виробничими матеріалами. Листові наповнювачі, укладені шарами, надають пластику  анізотропність. Матеріали випускаються у вигляді листів, плит, труб, заготовок, з яких механічною обробкою отримують різні деталі.

Гетинакс отримують на основі модифікованих фенольних, аніліноформальдегідних і  карбамідних  смол і різних  сортів  паперу. За призначенням гетинакс підрозділяють на електротехнічний (для панелей, щитків й под.) і декоративний, який може мати різні кольори і текстуру, що імітує деревні породи. Пластик можна застосовувати при температурі 120–140 °С. Він стійкий до дії хімікатів, розчинників, харчових  продуктів;  використовується  для внутрішнього облицювання пасажирських кабін літаків, залізничних вагонів, кают судів, у будівництві.

Текстоліт (сполучна речовина – термореактивні смоли, наповнювач – бавовняні тканини).  Серед шаруватих  пластиків текстоліт має найбільшу здатність поглинати вібраційні навантаження, добре чинити опір розколюванню. Залежно від призначення текстоліти поділяють на конструкційні (ПТК, ПТ, ПТМ), електротехнічні, графітизовані, гнучкі. Текстоліт, як конструкційний матеріал застосовується для зубчастих коліс; шестеренні передачі працюють безшумно при частоті обертання до 30000 об/хв. Текстолітові вкладиші підшипників служать у 10–15 разів довше бронзових.  Проте робоча температура текстолітових підшипників невисока (80–90 °С).

Вони застосовуються у прокатних станах, відцентрових насосах, турбінах і ін.

Деревношаруваті пластики (ДШП) складаються з тонких листів деревного  пшона, просочених феноло- і крезольноформальдегідними смолами і спресованих у вигляді листів і плит. Деревношаруваті пластики мають високі фізико-механічні властивості, низький коефіцієнт тертя і з успіхом замінюють текстоліт, а також кольорові метали і сплави. Шестерні з ДШП довговічні, при роботі їх в парі з металевими помітно знижується шум. Недоліком ДШП є чутливість до вологи. З ДШП виготовляють шківи, втулки, повзуни лісопильних рам, корпуси насосів.

Азботекстоліт містить 38–43 % сполучної речовини, решта азбестова тканина. Асботекстоліт є конструкційним, фрикційним і термоізоляційним матеріалом. Найбільш високу теплостійкість має матеріал на кремнійорганічній сполучній речовині (300 °С), а механічна міцність вища у фенольних азбопластиків. З азботекстоліта роблять лопатки ротаційних бензонасосів, фрикційні диски, гальмівні колодки. Азботекстоліт витримує короткочасно високі температури і тому застосовується в якості теплозахисного та теплоізоляційного матеріалу (протягом 1–4 год. витримує температуру 250–500 °С і короткочасно 3000 °С і вище).

Склотекстоліти. У склотекстолітах застосовують наповнювачем скляні тканини, які по вигляду ткацького переплетення поділяють на полотняні, або гарнітурні, сатинові, або атласні, і кордові.

Поздовжні нитки тканини називають основою, поперечні – утком. Тканини  полотняного переплетення мають на поверхні максимально часте  чергування  основних і утокових ниток, що надає тканині жорсткість.  Однак  скловолокна крихкі, і при їх взаємному перетиранні або під тиском може відбутися руйнування тканини. У сатинових тканинах більш рідке перекриття ниток, тому склотекстоліт на їх основі міцніший і краще працює у конструкціях. Кордові тканини мають посилені нитки основи і тонкі, рідко розташовані  нитки утка. При отриманні виробів посилені нитки основи укладають у напрямку, що збігається з деформацією, вони сприймають розтягуючі навантаження.

У поперечному ж напрямку міцність значно нижча, тобто матеріал анізотропний. Багатошарові тканини (МТБС), одержувані тривимірним переплетенням, забезпечують підвищений опір зрушенню і розколюванню. На основі нетканих орієнтованих матеріалів (нитки в яких не перегинаються) отримують склотекстоліти (типу ВВР-10), які мають ті ж показники, що і на основі склотканини, а собівартість їх нижча на 20 %. Склотекстоліт на фенолоформальдегідній сполучній речовині (типу каст) недостатньо віброміцний, але порівняно зі звичайним текстолітом він більш теплостійкий і має високі електроізоляційні властивості. Склотекстоліти на основі кремнійорганічних смол (СТК, СК-9Ф, СК-9А) мають відносно невисоку механічну міцність, але відрізняються високою теплостійкістю і морозостійкістю, мають стійкість до окислювачів та інших хімічно активних реагентів, не викликають корозії металів. Епоксидні сполучні речовини (ЕД-8, ЕД-10) забезпечують склотекстолітам найбільш високі механічні властивості і дозволяють виготовляти з них великогабаритні деталі. Склотекстоліти на основі ненасичених поліефірних смол також не вимагають високого тиску при пресуванні і застосовуються для виготовлення великогабаритних деталей.

Особливістю склопластиків є неоднорідність механічних властивостей (розкид показників досягає 7–15 %), обумовлених різними факторами: складом, структурою,технологією. 

Тривало склопластики можуть працювати при температурах 200–400 °С, однак короткочасно. протягом декількох десятків секунд, склопластики витримують кілька тисяч градусів. При дії дуже високих температур поверхневі шари матеріалу вигорають – утворюються газоподібні продукти деструкції сполучної речовини, які, дифундуючи через прикордонний шар, поглинають теплоту, зменшуючи тепловий потік, що підходить до поверхні матеріалу. У результаті утворюється шар термостійкого коксу, що уповільнює процес деструкції. Наповнювач плавиться, при цьому витрачається багато теплоти. Теплопровідність пластиків у сотні разів менша, ніж у металів, тому при короткочасній дії високої температури внутрішні шари матеріалу нагріваються до 200–350 °С і зберігають механічну міцність. Особливість поведінки склопластіків в умовах високих температур є їх перевагою перед іншими конструкційними матеріалами (жароміцними сплавами) і дозволяє застосовувати як конструкційний і теплозахисний матеріал.

Тривала міцність склопластиків залежить від їх складу і зовнішніх умов (вологи, температури, напруги). Кращі властивості мають склопластики на основі епоксидних і фенолоформальдегідних смол. Працездатність склопластиків вища, ніж у металів. Деякі склотекстоліти мають витривалість при вигині до 107 циклів.

Таким чином, склопластики є конструкційними матеріалами, застосовуваними для силових виробів у різних галузях техніки (несучі деталі літальних апаратів, кузови й кабіни автомашин, автоцистерни, залізничні вагони, корпуси човнів, судів). З склопластиків виготовляють корпуси машин, кожухи, захисні огорожі, вентиляційні труби, бачки, рукоятки, контейнери і багато іншого.

Порядок виконання роботи

1. Вивчити теоретичні відомості.

2. Описати основні властивості та застовування запропонованих викладачем реактопластів.

Зміст звіту

1. Найменування роботи, мета й устаткування.

2. Основні положення теоретичних відомостей.

3. Основні властивості та застовування запропонованих викладачем реактопластів.

Контрольні питання

1. Як класифікують пластмаси?

2. Що таке термореактивні полімери?

3. Якими основними властивостями характеризуються реактопласти?

4. Застосування реактопластів у техниці.

Література: [5 – 8].

Лабораторна робота № 14

Тема. Вивчення газонаповнених пластмас

Мета: ознайомитися з властивостями та застосуванням газонаповнених пластмас у машинобудуванні.

Устаткування: зразки газонаповнених пластмас.

Короткі теоретичні відомості

Газонаповнені пластмаси являють собою гетерогенні дисперсні системи, що складаються з твердої і газоподібної фаз. Структура таких пластмас утворена твердим, рідше еластичним полімером, який утворює стінки елементарних осередків або пір з розподіленою у них газовою фазою – наповнювачем. Така структура пластмас обумовлює деяку спільність їх властивостей, а саме – надзвичайно малу масу і високі теплозвукоізоляціонні характеристики. Залежно від фізичної структури газонаповнені пластмаси поділяють на дві групи:

а) пінопласти – матеріали із комірчастою структурою, у яких газоподібні наповнювачі ізольовані один від одного і від навколишнього середовища тонкими шарами полімерного сполучного;

б) поропласти (губчасті матеріали) з відкритопористою структурою, внаслідок чого присутні у них газоподібні включення вільно сполучаються один з одним і з навколишнім середовищем.

Полімерні сполучні можуть бути як термореактивними, так і термопластичними. Для термопластичних пінопластів найбільш небезпечні температури, близькі до температури плинності, коли значно знижується міцність матеріалу і надмірний тиск газу всередині осередків може зруйнувати пінопласт. Для отримання еластичних матеріалів уводяться пластифікатори.

Пінопласти отримали найбільш широке застосування. Об'ємна маса пінопластів коливається від 0,02 до 0,2 г/см³. Замкнутопориста структура забезпечує хорошу плавучість і високі теплоізоляційні властивості.

Механічна міцність пінопластів невисока і залежить від щільності матеріалу.

Найбільш поширеними термопластичними пінопластами є пінополістирол (ПС) і пінополівінілхлорид (ПХВ), які можуть використовуватися при температурах ± 60 ° С; пінополістирол радіопрозорий. Термореактивні на основі фенолоформальдегідної смоли (ФФ) і фенолокаучукові (ФК) пінопласти працюють до температури 120–160 °С. Уведенням до їх складу алюмінієвої пудри (ФК-20-А-20) вдається підвищити робочу температуру пінопласту до 200–250 °С. Термостійкий і термостабільний пінопласт К-40 на кремнийорганичному сполучному, короткочасно витримує температуру 300 °С.

Пінопласти застосовують для теплоізоляції кабін, контейнерів, приладів, холодильників, рефрижераторів, труб й под. Пінополіуретани і пенополіепоксиди використовуються для заливання деталей електронної апаратури. Широке застосування пінопласти мають у будівництві і при виробництві виробів, які не тонуть. Пінопласт підвищує питому міцність, жорсткість і вібростійкість силових елементів конструкцій. Він використовується у авіабудуванні, суднобудуванні, на залізничному транспорті. М'які та еластичні пінопласти (типу поролону) застосовують для амортизаторів, м'яких сидінь, губок.

Поропласти є газонаповненими пластмасами із сполучними порами. Їх щільність від 25–60 до 130–500 кг/м³. Поропласти випускаються еластичними, наприклад, ППУ-Е (на основі складного поліефіру). На основі полівінілформалей випускається поропласт ТПВ, що має водопоглинання 400–700 % за 2 год.

Сотопласти виготовляють з тонких листових матеріалів, яким надається спочатку вигляд гофра, а потім листи гофра склеюють у вигляді бжолиних сот. Матеріалом для сотопластів служать тканини (скляні, кремнеземні, вугільні), які просочуються сполучною (фенолоформальдегідні, поліамідні та ін.) Сотопласти мають досить високі теплоізоляційні властивості. Сотопласти служать легкими заповнювачами багатошарових панелей, застосовуваних у авіа- і суднобудуванні для несучих конструкцій; при створенні зовнішнього теплозахисту і теплоізоляції космічних кораблів; у антенних обтічниках літаків.