Пластичні маси і виробництво виробів з них
Класифікація пластмас. Пластмаси – матеріали, що одержують на основі природних або синтетичних полімерів, здатні при нагріванні переходити до пластичного стану і під тиском здобувати форму, що стійко зберігається після охолодження або тужавіння і при подальшій експлуатації.
У залежності від складу розрізняють пластмаси прості (ненаповнені) і складні (наповнені).
Прості пластмаси складаються тільки з полімерів (іноді з добавкою пластифікатора). До них відноситься поліетилен, полівінілхлорид, полістирол, органічне скло.
Складні пластмаси містять, крім полімерів, ряд компонентів в залежності від вимог до властивостей матеріалу. До них відносяться фенопласти, амінопласти і т. п., наприклад, пластикат полівінілхлориду, що містить полівінілхлорид, пластифікатор, наповнювач і інші компоненти.
Основні компоненти складних пластмас: сполучні речовини, на-повнювачі,пластифікатори, змащувальні речовини, речовини, що сприяють затвердінню, каталізатори, стабілізатори, барвники та ін.
Сполучна смола забезпечує зчеплення компонентів пластмаси, здатність спочатку при нагріванні формуватись, а потім при охолодженні переходити у твердий стан. Вміст смоли в композиції становить звичайно 40—50 %.
Наповнювачі додають пластмасам цінні експлуатаційні властивості — міцність , термостійкість і ін., а також знижують вартість пластмасових виробів.
Наповнювачі становлять до 60 % композиції. Як наповнювачі звичайно застосовують дешеві органічні і неорганічні матеріали у вигляді волокон, шаруватих матеріалів: деревне борошно, сажу, целюлозу, скловолокно, папір, азбест, графіт і т.п.
Пластифікатори знижують температуру переходу смоли в текучий пластичний стан, полегшуючи тим самим переробку пластмаси у виріб. Як пластифікатори застосовують висококиплячі рідкі, рідше тверді речовини, такі як фталати; алкіл- і арилфосфати й ін.
Речовини, що змащують, вводять у композицію для полегшення виштовхування готових виробів із прес-форми, до них відносяться солі стеаринової кислоти, воски.
Затверджувальні речовини сприяють переходові смоли в неплавкий і нерозчинний стан завдяки зшивці лінійних ланцюгів макромолекул у тривимірну структуру з поперечними зв'язками. Як затверджувачі застосовують поліаміни й інші речовини залежно від вихідної смоли.
Загальні властивості пластмас. Найважливіші фізико-механічні властивості пластмас – низька щільність, досить високі міцність та електроізоляційна властивість, хімічна стійкість, низька теплопровідність. Крім того, пластмаси можуть бути оптично- і радіопрозорими, пружними або еластичними. З них легко формуються вироби.
Щільність різних пластмас складає 900...2500 кг/м3, тобто вони в середньому в 2 рази легші за алюміній, у 5...8 разів легші від сталі, міді, свинцю, бронзи.
Механічні властивості пластмас значною мірою залежать від наявності в їхньому складі наповнювачів. Найбільш високу міцність мають пластмаси з волокнистими або шаруватими наповнювачами (азбест, скловолокно, скляна або бавовняна тканина, папір, деревна шпона). Наприклад, скловолокніти мають межу міцності при стиску 130 МПа, при вигині – 100 МПа, при розтяганні – 80 МПа.
Пластмаси не проводять електричний струм, окремі види їх є найкращими діелектриками в сучасній техніці.
На відміну від металів, більшість пластмас не взаємодіють не тільки з водою, а й з різними кислотами, лугами і без антикорозійного покриття використовуються в хімічному машинобудуванні. Фрикційні властивості пластмас змінюються в широких межах. Пластмаси, що характеризуються низьким коефіцієнтом тертя і швидкістю зношування, використовуються для виготовлення підшипників ковзання, що не вимагають змащення або в яких в якості мастильного матеріалу використовуються вода та водні емульсії. Пластмаси, що мають при терті без мастильного матеріалу високі фрикційні властивості при досить малій швидкості зношування, застосовуються як гальмовий матеріал.
Крім перерахованих фізико-механічних властивостей, пластмаси мають і недоліки, що звужують сферу їхнього застосування. Так, більшість пластмас мають низьку теплостійкість (70...250 °С), хоча деякі пластмаси перебувають у робочому стані при нагріванні до 300...350 °С. Низька теплостійкість значною мірою обмежує застосування пластичних мас, особливо як замінників металів.
При нагріванні пластмас відбувається значне збільшення їхнього об'єму. Коефіцієнт температурного розширення їх складає (25... 120)•10-6•1/ °С (сталі – 11•10– 6 •1/ °С). Це в поєднанні з малою теплопровідністю пластмас обумовлює значні залишкові внутрішні напруження у виробах, появу в них тріщин при різких змінах температури.
Крім того, при використанні пластмас необхідно враховувати їхню здатність до старіння, тобто зниження з часом показників деяких фізико-механічних властивостей.
Технологія одержання виробів із пластмас. Вироби з пластмас найчастіше одержують методами: гарячого пресування, лиття під тиском, екструзії (видавлювання), видування, обробки різанням.
Пресування застосовується головним чином для переробки термореактивних пластмас. Дозований прес-матеріал у вигляді порошку, волокнистої маси або попередньо відпресованої таблетки завантажується в нагріту до 130... 190 °С металеву форму і пресується під тиском 20...60 МПа (рис. 2).
Рис. 9.2. Схема прямого пресування виробів із пластмас: а – форма відкрита; б – закрита;
1 – пуансон; 2 – направляючі стрижні; З – матриця; 4 – прес-матеріал; 5 – виріб
Пресуванням гарячим способом одержують також шаруваті матеріали, що являють собою тканину, папір або деревну шпону, просочені розчином фенолоальдегідної смоли або карбамідної смоли і спресовані в аркуші, трубки або профілі.
Лиття під тиском найбільш раціональне при використанні як формувального матеріалу термопластичних пластмас (рис. 3). При цьому способі розм'якшена при нагріванні пластмаса видавлюється через ливникові канали в порожнини закритої форми.
Екструзія (видавлювання) є окремим випадком лиття під тиском. Цим способом із пластмас виготовляють труби, прутки, різні профілі, а також наносять ізолюючу оболонку на електропроводи.
Видування застосовується для формування порожніх і відкритих виробів з термопластичних матеріалів. Заготовка у вигляді нагрітих листа, трубки або двох листів розміщується між двома половинками роз'ємної металевої форми, що має отвори (сопла) для підведення гарячого повітря, що нагнітається під лист, у трубку або між листами. Розм'якшена заготовка під тиском повітря витягується і заповнює форму. Цим способом одержують вироби з полістиролу, поліакриатів, целулоїду й ацетилцелюлози.
Обробці різанням піддають вироби, виготовлені пресуванням або литтям, для видалення деяких дефектів. Крім цього, різанням виконують отвори, різьблення, пази у виробах, що не можуть бути отримані в процесі їхнього пресування або лиття.