- •1. Потребительские свойства пластмасс
- •Общие требования к качеству полимерных изделий [5]
- •1.1. Эксплуатационные свойства пластмасс
- •Условия эксплуатации изделий и стандартные параметры, характеризующие эксплуатационные свойства [1]
- •Основные эксплуатационные свойства полимерных (неармированных) материалов [6]
- •1.2. Технологические свойства пластмасс
- •Основные процессы, протекающие при переработке пластмасс,
- •1.3. Дизайнерско-эргономические свойства
- •1.4. Технико-экономические свойства
- •2. Классификации пластмасс
- •2.1. Термопластичные и термореактивные
- •2.2. Классификация пластмасс
- •2.2.1. Классификация
- •Классификация пластмасс по совокупности параметров
- •Деление пластмасс на группы по области применения [3]
- •2.2.2. Классификация конструкционных пластмасс
- •3. Марочный ассортимент полимерных материалов
- •3.1. Базовые марки
- •Распределение базовых марок полимеров по методам переработки и характерным размерным группам изделий
- •3.2. Марки пластмасс с улучшенными
- •Назначение различных типов марок пластмасс с улучшенными
- •Основные процессы, протекающие при переработке, технологические свойства, связанные с этими процессами, типы марок пластмасс с улучшенными
- •3.3. Марки пластмасс с улучшенными
- •Основные условия эксплуатации пластмассовых изделий и соответствующие типы марок с улучшенными эксплуатационными свойствами
- •1) Марки с улучшенными механическими свойствами:
- •Основные способы направленного регулирования свойств полимеров для создания марок пластмасс с улучшенными эксплуатационными свойствами
- •Марочный ассортимент и области применения конструкционных термопластов [10]
- •Марочный ассортимент и области применения основных
- •Сопоставление эксплуатационных и технологических свойств
- •Минимальная серийность изделий, шт., обеспечивающая достижение экономического эффекта при различных методах переработки (обработки) пластмасс [2]
- •Глава 1
- •1.1. Структура производства пластмасс
- •1.2. Структура переработки пластмасс
- •Примерное распределение пластмасс по методам переработки
- •1.3. Структура применения пластмасс
- •Деление пластмасс на группы по области применения [3]
- •Рациональные области использования пластмасс в типовых изделиях.
- •Марочный ассортимент и области применения конструкционных термопластов [3, 6]
- •Марочный ассортимент и области применения основных
- •Наиболее распространенные области применения некоторых пластмасс
- •Структура применения пластмасс по областям (в % от общего выпуска пластмассы) [1]
- •Выбор полимерного материала для изготовления и эксплуатации изделия
Деление пластмасс на группы по области применения [3]
Характеристики полимерного материала |
Пластмассы общетехнического назначения |
Пластмассы инженерно-технического назначения |
Пластмассы теплостойкие и высокопрочные |
Основа (полимер) |
Полиолефины, полистирольные пластики, поливинилхлорид, полиакрилаты, эфиры целлюлозы |
Алифатические полиамиды, поликарбонат, полиформальдегид и сополимеры формальдегида, полиацетали, модифицированный полифениленоксид, полиалкилентерефталаты, фенопласты, ненасыщенные полиэфирные смолы, кремнийорганические материалы, стеклонаполненные пресс-мате-риалы и т. д. |
Полиарилаты, полисульфоны, полиимиды, поликетоны, ароматические полиамиды (фенилон), фторполимеры и др. |
Разрушающее напряжение, МПа |
50…70 |
120...160 |
130...190 |
Напряжение работоспособности (длительная статическая нагрузка), МПа |
10...15 |
до 20 |
до 40 |
Теплостойкость по Мартенсу, °С |
110...130 |
140...160 |
200...290 |
Температура работоспособности, С |
60...100 |
120...160 |
160...220 |
2.2.2. Классификация конструкционных пластмасс
по основным направлениям применения
2. Конструкционные пластмассы подразделяют на:
силовые - для изготовления деталей, несущих силовые нагрузки;
антифрикционные - для изготовления деталей скольжения;
электроизоляционные - для обеспечения изоляции арматуры токопроводящих частей электрооборудования и проводов;
прокладочно-уплотнительные - для обеспечения герметичности подвижных и неподвижных соединений узлов.
3. Материалы, относящиеся к той или иной группе конструкционных пластмасс, указаны в табл. 1.
Таблица 1
Конструкционные пластмассы |
Материалы |
Силовые |
Полиамиды, поликарбонаты и их модификации, аминопласты, фторопласты, сополимеры полиэтилена с полиизобутиленом марок ПОВ, сополимеры формальдегида марок СТД и СФД и их модификации, стеклонаполненные полиамиды, кремнепласты, пресс-материалы на основе полимидов |
Антифрикционные |
Композиционные фторопласты модифицированные, полиамиды и их модификации, сополимеры формальдегида и их модификации, пресс-материалы на основе полиимидов |
Электроизоляционные |
Полиамиды и их модификации, поликарбонаты, аминопласты, стеклопластики, фторопласты 4 и 3 и их модификации, пресс-материалы на основе полиимидов |
Прокладочно-уплотнительные |
Полиамиды, поликарбонат, фторопласты 3 и 4, наполненные фторопласты, модифицированные поликарбонаты типов ДНТ и ДАК-42 |
(условные сокращения наименований пластмасс указаны в начале этих методических указаний).
Пластмассы для работы при действии кратковременной или длительной постоянной нагрузки: стеклонаполненные композиции ПП, этролы, ПТ, полиамиды 66, 6, 610, 612, 11, 12, сополимеры полиамидов, ПК, ПФ, сополимеры формальдегида СФ, ПБТФ, ПЭТФ, ПФО, ПСФ, ПЭС, ПАР и стеклонаполненные композиции на основе перечисленных полимеров, ПАЛИ, ПЭИ, ФН, ПИ, ПБО, ПОД, фенопласты, аминопласты, текстолиты, стеклотекстолиты, стеклонаполненные композиции на основе ненасыщенных полиэфиров, материалы на основе кремнийорганических полимеров.
Пластмассы для получения эластичных изделий: ПЭ, сополимеры этилена СЭП и СЭВ, ПП, ПА 12.
Пластмассы для работы при низких температурах (до минус 40…60 ºС): ПЭ, сополимеры этилена СЭП, СЭБ и СЭВ, ПП морозостойкий, ФТ, ПМП, полиамиды 66, 6, 610, 612, 11, 12, ПК, сополимеры формальдегида СФ, ПБТФ, ПЭТФ, ПФО, ПСФ, ПАР, ПАЛИ, ФН, ПИ, ПБО, ПОД.
Пластмассы антифрикционного назначения: ФТ, ПА, ПФ, сополимеры формальдегида СФ, ПБТФ, ПЭТФ, ПАР, композиции фенилона ФН, ПИ, текстолиты, фенопласты.
Пластмассы электро- и радиотехнического назначения: ПЭ, ПП, ПС, ПВХ, ФТ, полиакрилаты (в том числе ПММА), ПК, ПФ, сополимеры формальдегида СФ, ПБТФ, ПЭТФ, ПФО, ПСФ, ПАР, ПИ, ПОД, композиции на основе ненасыщенных полиэфиров, отдельные марки эпоксидных и кремнийорганических материалов.
Пластмассы для получения прозрачных изделий: ПМП, ПС, САН, прозрачные марки ПВХ, прозрачные марки ФТ, полиакрилаты (в том числе ПММА), СММА, сополимер стирола с металметакрилатом МС, МСН, прозрачные марки полиамидов 6 и 12, ПК, прозрачные марки ПЭТФ, полисульфон ПСФ, ПЭС, эпоксидные смолы, ненасыщенные полиэфиры.
Пластмассы тепло- и звукоизоляционного назначения: газонаполненные материалы на основе ПЭ, ПС, ПВХ, ПУР, ПК, ПИ, фенопластов, аминопластов.
Пластмассы для работы в контакте с пищевыми продуктами и питьевой водой: применение пластмасс для этих целей всегда требует специального разрешения для каждой новой детали; к числу предпочтительных для этих целей относятся такие полимеры, как: ПЭ, СЭВ, ПП, ПМП, ПС, УПС, АБС-пластики, ПВХ, ФТ, ПУР, ПТ, полиакрилаты (в том числе ПММА), МСН, ПА, ПК, ПБТФ, ПЭТФ, ПСФ, ПВС, аминопласты. Эти материалы предпочтительно также применять в медицине и медицинской технике.
Пластмассы для работы в агрессивных средах: ПЭ, ПП, 1 ПМП, ПВХ, ФТ, ПТ, ПБТФ, ПЭТФ, ПСФ, ПИ.
Классификация пластмасс по значениям отдельных параметров эксплуатационных свойств: для различных параметров эксплуатационных свойств (температура размягчения, длительной эксплуатации, хрупкости, предел текучести при растяжении, модуль ползучести, усталостная прочность и т. д.) составляют ряды пластмасс, называемые потребительскими. Порядок расположения пластмасс в рядах соответствует снижению (или повышению) значения параметра эксплуатационного свойства (более подробно об этом сказано в [1,7]).
В настоящее время промышленностью во всем мире выпускается несколько тысяч марок пластмасс, включающих широкий перечень термопластичных и термореактивных полимеров и композиций на их основе, используемых для изготовления изделий различного назначения. Важно сделать правильный выбор пластмассы или композиционного материала для конкретных условий технологии изготовления данного изделия и его эксплуатации. Лишь в тех случаях, когда такой полимерный материал отсутствует, возникает необходимость создания нового материала, что, естественно, является достаточно дорогостоящей задачей. Но и в этом случае выбор базовой пластмассы очень важен, поскольку свойства композиционного материала в основном определяются свойствами выбранной пластмассы. Правильному выбору пластмассы для изготовления данного изделия способствует знакомство с разными системами классификации пластмасс, основные виды которых приводятся ниже.
Классификация по химической структуре
Именно изменение химической структуры и молекулярных характеристик полимерных макромолекул приводят к закономерному изменению свойств, в числе которых межмолекулярное взаимодействие, растворимость, термодинамическая и кинетическая гибкость макромолекул, способность кристаллизоваться, поляризуемость и т.д. [1]. С этой точки зрения в общем виде полимеры можно разделить на карбоцепцые и гетероцеп-ные. К первым относятся, как правило, полимеры непредельных углеводородов этиленового ряда с различными боковыми заместителями (ПО, ПС, полиакрилаты, полимеры галогенопроизводных этилена и др.). Свойства полимеров этого ряда закономерно изменяются с изменением природы боковых заместителей в мономере. С определенной степенью допущения к этой группе можно отнести отвержденные ФФС и другие полимеры, содержащие в основной цепи бензольные кольца.
К гетероцепным относят полимеры, в основной молекулярной цепи которых помимо углерода содержатся атомы других элементов. Классификация этих магериалов аналогична классификации органических веществ. Наиболее часто такими гетероатомами являются кислород (простые и сложные полиэфиры), азот (ПА, ПУ, аминоальдегидные смолы, ПИ и др.), сера (ПСФ), кремний (КС) и некоторые другие.
Классификация по технологическим свойствам — литьевые, экстру-зионные, пресс-материалы, а также материалы для изготовления труб, листов, пленок и т. д. (табл. 24.1) - носит условный характер. Существуют материалы, которые можно успешно перерабатывать в изделия большинством известных методов (ПО). При этом указание на то, что данный полимер может перерабатываться различными методами, подразумевает, как правило, что существует определенное количество марок полимера, значительно различающихся по технологическим характеристикам, например показателю текучести расплава.
Классификация плас гмасс по областям применения. Данная классификация представляет собой выделение из множества полимерных материалов потребительских групп, включающих в себя материалы, сходные по определенному основному эксплуатационному признаку (свойству или совокупности близких свойств), являющемуся наиболее значимым и обязательным для данной области применения [2]. Можно выделить несколько таких трупп (табл. 24.2). Среди них основными являются следующие.
Пластмассы для работы под воздействием кратковременных или длительных статических нагрузок — к о н с т р у к ц и о н н ы е ж естки е мате р и а л ы . Основным признаком их является жесткость (модуль упругости не менее 900 МПа). К этой группе можно отнести ПА. ПК, ПБТ, ПЭТФ, ПФО, сополимеры формальдегида, ПТП, ФН, ПИ, этролы, армированные ПП и НПС, фенопласты, аминопласты, крем-нийорганические композиции и другие.
Пластмассы для работы под воздействием ударных нагрузок — у п р у г о п о д а т л и в ы е, ударопрочные материалы. Ударная прочность пластмасс этой группы должна быть не ниже 20 кДж/м2, в ряде случаев они должны обеспечивать значительные (в том числе обратимые) деформации. К этой группе можно отнести ПЭ, сополимеры этилена с пропиленом или винилацетатом, ПП, ПВХ, фторопласт, ПУ, ПА, ударопрочные сополимеры стирола, а также армированные пластики и др.
Пластмассы, способные работать при повышенных (выше 150° С) температурах, — теплостойкие материалы. К этой группе можно отнести ПА, ПБТФ, ПЭТФ, ПФО, ПТП, ПК, ПСФ, ФН, ПИ, фенопласты, аминопласты, кремнийорганические композиции и др.
Пластмассы, способные работать при низких (ниже —40° С) температурах, — морозостойкие материалы. К этой группе относят ПЭ, сополимеры этилена с пропиленом или винилацетатом, морозостойкие композиции ПП, фторопласты, ПА, ПК, сополимеры формальдегида, ПФО, ПСФ, ПБТФ, ПЭТФ, ПАР, ПИ и др.
Пластмассы электро- и р а д и о т е х н и ч е с к о г о назначения. Эти материалы должны иметь высокие значения удельного объемного
Пластмассы для светотехники — прозрачные материалы. Значение коэффициента светопропускания материалов должно быть не ниже 80%. К ним можно отнести ПС, сополимеры стирола с нитрилом акриловой кислоты и (или) метилметакрилатом, полиакрилаты, прозрачные марки ПВХ и фторопластов, ПК, ПСФ, этролы, ПЭТФ- и ПА-пленки, аминоальдегидные смолы, ЭС, НПС и др.
Пластмассы с пониженной горючестью — огнестойкие, самозатухающие материалы. К ним относятся материалы, имеющие, например, кислородный индекс горения более 22% или не поддерживающие горения после вынесения их из пламени. К этой группе можно отнести фторопласты, ПИ, ФН, фурановые композиции, менее огнестойкие ПТП и ПВХ, а также огнестойкие композиции других полимеров.
Пластмассы для работы под воздействием ионизирующих излучений — радиационностойкие материалы.К ним относят материалы, сохраняющие работоспособность при длительном воздействии ионизирующих излучений: фторопласты, ПАР, ПИ, композиции на основе ЭС и КС и др.
Пластмассы для работы в агрессивных средах — химически стойкие материалы. Это ПЭ, ПП, ПВХ, фторопласты, ПТП, ПСФ, ПБТ, ПЭТФ, ПИ, кремнийорганические композиции. Помимо полимеров с универсальной химической стойкостью выделяют группы водостойких, масло- и бензостойких, стойких к воздействию окружающей среды, тропикостойких, грибостойких и других пластмасс.
Пластмассы для работы в контакте с пищевыми продуктами и питьевой водой — нетоксичные материалы. Применение пластмасс для этих целей требует разрешения для каждой новой детали, выдаваемого специализированными учреждениями на основе комплексного тестирования. К числу предпочтительных для этих целей относятся ПЭ, сополимеры этилена с винилацетатом, ПП, ПС и сополимеры стирола с другими мономерами (с малым содержанием остаточного мономера), ПВХ, фторопласты, ПУ, полиакрилаты, ПА, ПК, ПБТ, ПЭТФ, ПСФ, поливиниловый спирт, аминопласты и др. При соблюдении установленных дополнительных требований эти материалы можно применять также в медицине и медицинской технике.
Классификация по объему производства включает в себя подразделение полимерных материалов на крупнотоннажные, среднетоннажные и малотоннажные.
К крупнотоннажным можно отнести ПО, ПВХ, ПС и сополимеры стирола, ПУ, а также материалы на основе ФФС, НПС и аминоальдегидных смол. Доля этих материалов достигает 80% от общего объема производства пластмасс. Ксреднетоннажным относятся ПА, этролы, ПЭТФ, ПК, ПФО, ЭС, ФС и ряд других полимерных материалов. На долю большинства оставшихся малотоннажных полимерных материалов приходится лишь несколько процентов от общего объема производства. Границы указанных выше групп условны и зависят от структуры производства в данный момент времени. Учитывая опережающее развитие производства полимеров инженерно-технического назначения, в основном относящихся к группе среднетон-нажных материалов, можно ожидать перехода ряда этих полимеров в группу крупнотоннажных.