2.2. Классификация пластмасс

ПО ЭКСПЛУАТАЦИОННЫМ СВОЙСТВАМ И НАЗНАЧЕНИЮ

Как уже было отмечено, многообразие условий эксплуатации и многофункциональность эксплуатационного назначения большинства изделий из пластмасс, многочисленность выпускаемых в промышленном масштабе полимеров и композиций на их основе усложняют классификации пластмасс, поэтому существует несколько способов классификации пластмасс по эксплуатационным свойствам и назначению:

1) по совокупности параметров эксплуатационных свойств;

2) по направлениям применения;

3) по значению отдельных параметров эксплуатационных свойств.

2.2.1. Классификация

по совокупности параметров эксплуатационных свойств

Классификация по совокупности параметров эксплуатационных свойств основана, прежде всего, на разбиении полимерных материалов на конструкционные и неконструкционные (рис. 2.1).

Конструкционные полимерные материалы используются для изготовления различных деталей машин, механизмов, приборов, а также пленок, листов, труб, заготовок и др. В этих изделиях параметры механических свойств и теплостойкости пластмасс должны быть не ниже определенного уровня; как правило, к конструкционным относят материалы, у которых [Калин]

σ_т.р ≥ 2 МПа, Е_p ≥ 10 МПа, Т_В ≥ 55 °С, Н_Б ≥ 2 МПа,

где σ_т.р и Е_p — предел текучести и модуль упругости при растяжении; Т_В — температура размягчения по Вика; Н_Б — твердость при вдавливании шарика.

По определению конструкционный полимерный материал является пластмассой.

Неконструкционными называют те полимерные материалы, у которых величина хотя бы одного из параметров ниже приведенных значений. Неконструкционные материалы получают, как правило, на основе низкомолекулярных полимеров и применяют, в основном, для производства лаков, покрытий, клеев, компаундов, герметиков.

В свою очередь, конструкционные полимерные материалы разбиваются на 2 большие группы и ряд подгрупп [Калин, Влас] (рис. 2.1, табл. 2.1).

*Е_п – модуль ползучести при деформации 0,5% и продолжительности действия нагрузки 1000 ч;

** Т_э – максимальная температура эксплуатации при длительной статической нагрузке

Рис. 2.1. Критерии классификации пластмасс по совокупности параметров

эксплуатационных свойств

Таблица 2.2

Классификация пластмасс по совокупности параметров

эксплуатационных свойств (к рис. 2.1) [1]

Номер группы по табл. 2.1	Пластмассы (условные обозначения — см. стр. )
1.1	СЭВ, ПВХП, вспенивающийся ПЭ
1.2	ПВХВ, сополимеры винилхлорида, вспенивающийся ПС, этролы (АЦЭ, АБЦЭ), МСН
2.1	ПЭНП, СЭП, ПУР, пенополиуретаны
2.2	ПЭВП, ПП, БСПЭ, ПМП, ПС, ударопрочные композиции полистирола УПС, АБС-пластики, САН, САМ, ФТ, ПУР, ПТ, ПММА, СМ
3.1	Пресс-порошки и пенопласты на основе феноло-формальдегидных смол; пресс-порошки и пенопласты на основе карбамидных смол; пресс-порошки и премиксы на основе эпоксидных смол
3.2	Полиамиды (ПА 6, ПА 6 блочный, ПА 610, ПА 612, ПА 12), ПК, ПФ, СФ, ПБТФ, ПФО, ПСФ, ПАР, препреги, гетинаксы на основе феноло-формальдегидных смол, листовые слоистые материалы на основе карбамидных смол, текстолит
4	ПА 66, ПЭТФ, ПЭС и стеклонаполненные композиции на их основе, эпоксикремнеорганические пресс-материалы, стеклотекстолиты на основе феноло-формальдегидных и эпоксидных смол, пресс-материалы на основе волокнитов и асбоволокнитов
5	ФН и материалы на его основе, ПИ, листовые слоистые материалы на основе полиимидов, ПБО, ПОД, ПАИ, композиционные материалы на основе кремнеорганических смол и стеклотекстолиты на их основе

Как видно, в основу классификации конструкционных пластмасс по совокупности параметров эксплуатационных свойств положены два таких важнейших эксплуатационных параметра, как прочность (т. е. способность пластмассы сопротивляться внешним нагрузкам) и теплостойкость (т. е. способность пластмассы сохранять работоспособность в определенном интервале температур). Такой подход допустим в связи с тем, что даже при наличии уникального комплекса эксплуатационных свойств недостаточные прочность и теплостойкость изделия резко сужают области его эксплуатации (если не приводят вообще к невозможности его использования).

Таким образом, пластмассы инженерно-технического назначения характеризуются в общем более высокими параметрами механических свойств и теплостойкости. Хотя отдельные параметры пластмасс общетехнического назначения и могут иметь более высокие значения, чем это указано на рис. 2.1, но в совокупности значения параметров эксплуатационных свойств этих пластмасс — ниже, чем у пластмасс инженерно-технического назначения.

Приведенные на рис. 2.1 значения механических параметров характеризуют поведение пластмасс при нормальной температуре. При повышенных температурах и кратковременной механической нагрузке поведения конструкционных пластмасс общетехнического и инженерно-технического назначения существенно различаются:

1) пластмассы общетехнического назначения имеют сравнительно низкий предел текучести при растяжении _т.р и жесткость Е_р при обычной температуре и низкую теплостойкость, что определяет резкое снижение их механических характеристик с повышением температуры. Поэтому пластмассы общетехнического назначения неработоспособны при повышенных температурах (выше 50 °С) даже при кратковременной нагрузке; такие пластмассы предназначены для работы в ненагруженном и слабонагруженном состоянии при обычных и средних температурах (до 50 °С);

2) пластмассы инженерно-технического назначения имеют сравнительно высокие значения параметров механических свойств при обычной температуре и высокую теплостойкость, что определяет меньшее снижение этих параметров (особенно у аморфных полимеров) с повышением температуры, нежели чем у пластмасс общетехнического назначения. Поэтому у пластмасс инженерно-технического назначения при повышенных температурах механических характеристики — сравнительно высокие, и эти пластмассы могут работать при кратковременной нагрузке при таких температурах.

Кроме того, большое различие между пластмассами общетехнического и инженерно-технического назначения проявляется и при действии длительной статической нагрузки:

1) пластмассы общетехнического назначения имеют весьма низкие модули ползучести Е_п при обычной и средней (до 50 °С) температурах, а при температурах выше 50 °С под нагрузкой работать вообще не могут. При длительной нагрузке их применяют для изготовления малонагруженных изделий, работающих главным образом при обычной температуре;

2) пластмассы инженерно-технического назначения имеют сравнительно высокие модули ползучести при обычной и повышенной температурах и высокую температуру длительной эксплуатации под нагрузкой (выше 75 °С). Поэтому их можно применять для изготовления ответственных изделий, работающих при длительной статической нагрузке при повышенных температурах.

Таким образом, из пластмасс общетехнического назначения изготавливают ненагруженные изделия культурно-бытового, санитарно-гигиенического, медицинского и технического назначения, работающие при обычных температурах: пленки, трубы, профили, покрытия, уплотнительные детали, емкости, панели, корпусные детали, тару и т. п.

Пластмассы инженерно-технического назначения применяют для изготовления ответственных деталей, работающих при длительной нагрузке при нормальных и повышенных температурах: деталей машино- и приборостроения (шестерней, втулок, кулачков, направляющих рычагов, роликов, вкладышей подшипников, других прецизионных деталей); печатных плат; деталей, подвергаемых стерилизации; различных деталей, применяемых в строительстве и т. д. (кроме того, пластмассы инженерно-технического назначения можно применять, очевидно, взамен пластмасс общетехнического назначения).

Как пример различного подхода к классификации пластмасс отметим, что в [Крыж] конструкционные пластмассы делятся не на 2, а на 4 больших группы (табл. ), — а именно, из группы пластмасс инженерно-технического назначения выделяются в отдельные группы теплостойкие и высокопрочные пластмассы, а также материалы специального назначения. Таким образом, получаем такое деление пластмасс:

1. пластмассы общетехнического назначения;

2. пластмассы инженерно-технического назначения;

3. теплостойкие и высокопрочные пластмассы (именно для этих пластмасс взаимная противоречивость эксплуатационных и технологических свойств выражена наиболее ярко — повышенная жесткость макромолекул высокопрочных полимеров зачастую приводит к их нерастворимости, что исключает возможность использования традиционных способов переработки в изделия и вызывает необходимость модификации таких полимеров);

4. материалы специального назначения (это множество пластмасс с гигантским разнообразием свойств, производимых в очень небольших количествах для решения самых разнообразных задач и не представляющих практического интереса для большинства потребителей).

Пластмассы одной группы существенно отличаются от пластмасс других групп не только по прочности и теплостойкости, но и по другим показателям — твердости, ползучести, модулям упругости и т. д.; отличаются они и по объемам производства и стоимости — ориентировочное соотношение объемов производства термопластичных материалов четырех указанных групп составляет 1000 : 100 : 10 : 1, в то время как их стоимости характеризуются обратным соотношением — 1 : 10 : 100 : 1000.

Таблица 1.5