Реклама
| ГЛАВНОЕ |
Реклама
|
СТАТЬИ И ОБЗОРЫ Основные критерии выбора пластмасс для изготовления конечного изделия| Тема: Изделия Основные критерии выбора пластмасс
 Выбор пластмассы для изготовления конкретного изделия определяется его эксплуатационными условиями. Критерии выбора разнообразны и зависят от назначения изделия. Основными критериальными характеристиками полимерных материалов являются механические (прочность, жесткость, твердость), температурные (изменения механических и деформационных характеристик при нагревании или охлаждении) и электрические. Последние отражают широкое применение пластмасс в радиоэлектронной и электротехнической отраслях. Кроме того, существенное значение приобрели триботехнические характеристики и ряд специальных свойств (огнестойкость, звукопоглощение, оптические особенности, химическая стойкость). Немаловажны также экономические условия (стоимость полимерного материала, тираж изделия, условия производства). Механические свойства Механические свойства определяют поведение физического тела под действием приложенного к нему усилия. Численно это поведение оценивается прочностью и деформативностью. Прочность характеризует сопротивляемость разрушению, а деформативность — изменение размеров полимерного тела, вызванное приложенной к нему нагрузкой. Поскольку и прочность и деформация являются функцией одной независимой переменной — внешнего усилия, то механические свойства еще называют деформационно-прочностными. Модуль упругости (Е = b/e) является интегральной характеристикой, дающей представление прежде всего о жесткости конструкционного материала. Анализируя механические свойства пластмасс, следует помнить, что сам по себе модуль упругости не дает полного представления об их возможностях, поскольку при e стремится к нулю, величина Е может достигать больших значений даже для материалов с незначительной прочнотью. Такой эффект наблюдается, например, для хрупких материалов (керамика, чугун, пластмассы при температурах ниже температуры морозостойкости). Характерные кривые растяжения приведены на рис. 1. Анализируя кривую 1 можно видеть, что полимер в процессе нагружения сначала демонстрирует упругие свойства (участок О—А), когда напряжение пропорционально относительной деформации, то есть соблюдается закон Гука (Е = b/e). При дальнейшем росте деформации в кроме упругой проявляется пластическая составляющая, вызывающая графическое искажение (участок А—В кривая 1). Образование «горба» (участок В—С), как правило, вызвано появлением так называемой «шейки», что наблюдают практически все, кто испытывает на растяжение, например, ПЭВП, ПП, ПА. Дальнейший рост деформации, «холодное течение» (участок C—D), происходит при практически постоянном напряжении и сопровождается изменением надмолекулярной структуры в полимере. Ее морфологические превращения могут происходить и при дальнейшем деформировании, сопровождаясь образованием на полностью вытянутой части образца новой «шейки», с ее последующим растяжением и разрывом (участок D—E—F).  В зависимости от физико-химических свойств полимера, его структурно-рецептурных особенностей, деформационно-прочностные кривые конкретных пластмасс могут быть как бы масштабированными аналогами отдельных участков «полной кривой». Так, например, поведение упругих до момента разрушения пластмасс типа ПММА, ФП, АП — описывается кривой 2. Деформирование и растяжение ПС, отвержденных ЭС, армированных эпоксипластов — кривой 3; аморфно-кристаллический ПЭНП, жесткий ПВХ, эпоксидно-новолачные блоксополимеры при растяжении демонстрируют поведение, подобное кривой 4 и, наконец, сильно пластифицированные ПВХ, ПЭНП, сополимеры ЭС с эластомерами деформируются так, как показано на кривой 5. Следует отметить, что кривые рисунка 1 получены в стандартных условиях испытаний.
Ударная вязкость характеризует способность материалов сопротивляться нагрузкам, приложенным с большой скоростью. В практике оценки свойств пластмасс наибольшее применение нашло испытание поперечным ударом, реализуемым на маятниковых копрах. Основным является метод испытания по ГОСТу 4647. В этом случае образцы в виде стандартного бруска с надрезом (метод Шарпи) или без него испытывают на стандартном маятниковом копре, имеющем две опоры для установки образца. Удар наносится маятником копра по середине образца. Твердость определяет механические свойства поверхности и является одной из дополнительных характеристик полимерных материалов. По твердости оценивают возможные пути эффективного применения пластиков. Пластмассы мягкие, эластичные, имеющие низкую твердость, используются в качестве герметизирующих, уплотнительных и прокладочных материалов. Твердые и прочные могут применяться в производстве деталей конструкционного назначения: зубчатых колес и венцов, тяжело нагруженных подшипников, деталей резьбовых соединений и пр. Механические свойства термопластов общего назначения
Механические свойства конструкционных термопластов
Механические свойства теплостойких полимеров на основе конструкционных термопластов
Механические свойства реактопластов и композиций на их основе
Температурные характеристики Нередко при выборе полимерного материала учет его теплового поведения бывает более важным, чем оценка прочностных особенностей. Температура эксплуатации пластмассового изделия влияет на значения разрушающих напряжений, деформативности, модуля упругости, твердости, ударной вязкости и других свойств, существенно корректирующих потребительские характеристики. Часто эта корректировка оказывается не в пользу полимерного материала. 1. Чем ниже физико-механические свойства термопласта, тем он чувствительнее к изменениям температуры. Так, среди полиолефинов полипропилен, прочность и жесткость которого позволяет отнести его к конструкционным материалам, при нагреве до 80 0С теряет около 25% стандартной прочности при изгибе, в то время как полиэтилен высокой плотности уже при 60 0С сохраняет лишь половину исходной прочности. Сходные соотношения наблюдаются при испытаниях полиолефинов на растяжение и изгиб. 2. Аморфные полимеры в целом демонстрируют несколько меньшую зависимость деформационно-прочностных свойств от температуры. Вместе с тем и в этой группе большая теплостойкость материала определяет соответственно и повышенное сопротивление тепловому воздействию. Такие пластики как поликарбонат (ПК), полиэтилентерефталат (ПЭТФ), полисульфон (ПСФ) при Т более 100 0С сохраняют более 70% прочности. 3. Введение рубленого стекловолокна в термопласты (содержание до 30 %) способствует уменьшению теплозависимости свойств, причем не только при нагревании, но и при температурах до -60 0С. И в этом случае характеристики полимерного связующего определяют поведение наполненного композита. 4. Температура весьма существенно влияет на жесткость термопластов, определяемую их модулем упругости. Деформативность кристаллизующихся термопластов (ПЭВП, ПА 12, ПА 66) резко изменяется даже при сравнительно небольшой вариативности температуры в нешироком интервале (-40...+40 0С). Эту особенность необходимо обязательно учитывать, выбирая пластик для изготовления деталей конструкционного назначения, особенно предназначенных для работы в условиях длительных циклических напряжений (ПА 66, СФ, ПК). 5. Ударная вязкость термопластов в функции температуры принципиально антибатна поведению модуля упругости, то есть с возрастанием температуры она увеличивается, а с понижением — падает. Влияние температуры на термореактивные пластики, прежде всего, определяется поведением сетчатого связующего. Известно, что в области стеклообразного состояния с повышением температуры деформационно-прочностные свойства медленно понижаются. Превышение температуры размягчения сопровождается ускоренным падением характеристик. В отдельных случаях в температурном интервале 10-20 градусов значение модуля упругости и разрушающего напряжения уменьшается на два десятичных порядка. Наличие дисперсных наполнителей, оказывающих аддитивное действие на композит, несколько сглаживает эту ступень, а у высоконаполненных армированных пластиков переход связующего из твердого, стеклообразного, в высокоэластичное состояние происходит еще медленнее. Температурные характеристики термопластов общего назначения
Температурные характеристики конструкционных термопластов
Температурные характеристики термопластов с повышенной теплостойкостью
Температурные характеристики конструкционных реактопластов и композиций на их основе
Теплофизические свойства Теплофизические свойства имеют исключительно большое значение для определения практической ценности полимерных материалов. Такие пластмассовые детали технических устройств, как зубчатые колеса и шестерни, вкладыши подшипников скольжения, фрикционные тормозные системы, уплотнительные конструкции и многие другие, работающие в нестационарных тепловых полях, требуют знания теплофизических характеристик применяемых полимерных материалов. Это необходимо для выбора параметров процессов переработки пластмасс в изделия с использованием нагревания или охлаждения рабочего тела (расплавление, затвердевание, размягчение и т. д.). Параметры, относящиеся к теплофизическим свойствам, условно разделяются на две группы. Первая — определяет внешнее поведение полимерного тела при изменении температуры. К ней, прежде всего, относится тепловое расширение или дилатометрические свойства. Вторая — устанавливает внутреннюю реакцию материала на тепловое воздействие. Интенсивность каждого вида реакции определяется соответствующим теплофизическим коэффициентом (ТФК). Коэффициент теплового расширения — подразумевает общее изменение размеров физического тела в функции температуры. Коэффициент теплопроводности численно равен количеству тепла, переносимого через единицу изотермической поверхности за единицу времени при градиенте температуры, равном единице. Коэффициент температуропроводности а является параметром, характеризующим теплоинерционные свойства материала. Чем больше значение а, тем быстрее происходит выравнивание температуры во всех точках тела. Соответственно, чем ниже величина а, тем лучшим теплоизолятором является материал. Знание температуропроводности необходимо в технологических целях для оценки времени охлаждения изделий, получаемых из расплава полимера или из его размягченной заготовки (метод формования), для оценки поведения полимерной детали в нестандартных тепловых полях. Теплофизические свойства полимерных материалов
Химическая стойкость Перечень агрессивных агентов, влияющих на свойства полимерных материалов, чрезвычайно широк, но тем не менее может быть систематизирован в наиболее часто встречающиеся группы. Это минеральные и органические кислоты, а также растворы последних в воде, растворы щелочей и окислителей, алифатические и ароматические растворители, горюче-смазочные материалы. Воздействие агрессивной среды на полимер может сопровождаться его набуханием, диффузией среды в полимер и химическим взаимодействием, приводящим к деструкции пластика. На определение стойкости полимерного материала к агрессивным средам существуют государственные стандарты, характеризующие сопротивляемость в баллах. Чем значимее балл — тем выше сопротивляемость материала воздействию агрессивной среды. По ГОСТу 12020 стойкость к агрессивным средам оценивается по изменению их массы, причем по пятибалльной шкале: 5 — высокая стойкость; 4 — удовлетворительная; 3 — материал устойчив не во всех случаях; 2 — стойкость недостаточна, к применению не рекомендуется; 1 — материал не стоек и быстро разрушается. Высокой химической инертностью и стойкостью к деструкции обладают фторопласты. Марки фторопластов Ф-4, Ф-4 НТД, Ф-3, Ф-40 стойки ко всем средам. Значительную химстойкость демонстрируют и такие полиолефины, как ПЭНП, ПЭВП и ПП, а также непластифицированный ПВХ. Несколько уступает им по этому качеству ПК и полистирольные пластики (ПС). Гетероцепные полимеры типа полиамидов склонны к гидролитической деструкции и активному набуханию вследствие своей гидрофильности. Нестоек к агрессивным средам конструкционный термопласт — полиформальдегид. Термореактивные пластики чувствительны к щелочным средам и растворам окислителей. Вместе с тем в химическом аппаратостроении широко используются высоконаполненные порошковым графитом (асбестом) антегмиты и фаолиты, полученные на основе фенолоформальдегидного или фенолоальдегидного связующего. Армированные полимерные материалы могут эксплуатироваться длительное время в кислотах и растворах щелочей концентрацией до 10%, а также в растворителях и горючесмазочных материалах. Электрические свойства Под электрическими свойствами понимают совокупность параметров, характеризующих поведение пластмассы в электромагнитном поле. В прикладном значении наиболее часто используются следующие параметры: диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери, тангенс угла диэлектрических потерь, электрическая проводимость и электрическая прочность, а также трекингостойкость. Диэлектрическая проницаемость e является параметром, равным отношению емкости электрического конденсатора, между обкладками которого — полимерный материал, к емкости того же конденсатора, между обкладками которого вакуум или воздух. По величине e все полимерные материалы условно подразделяются на группы: Условность разделения заключается в том, что электрические свойства пластмасс сильно зависят от внешних условий — температуры, влажности, степени ионизации окружающей среды, напряженности электрического поля, силы тока и других. При стандартизованных измерениях частота электромагнитного поля —10 Гц, температура — 20 0С, относительная влажность воздуха — 60%. Горючесть пластмасс Основными показателями, определяющими горючесть пластмасс, являются нижеследующие: показатель возгораемости К, температура воспламенения Тв ,температура самовоспламенения Тсв и кислородный индекс (КИ). Кроме того, с позиций пожароопасности важные показатели — параметры процессов дымообразования и газовыделения при горении пластмассы. Поскольку все органические вещества горючи, то для снижения пожароопасности полимерных материалов их модифицируют и вводят различные добавки, антипирены, влияющие на механизм горения полимеров или тормозящие этот процесс. Методы оценки параметров горючести пластмасс определены стандартами России - 10456, 17088, 21207, 21793; США - ASTMD 2863; Германии - DJN 22117; Франции - AFNOR NFT 51071 и т.д. Показатель возгораемости (К) — безразмерная величина, выражающая отношение количества тепла, выделенного при горении к количеству тепла, затраченному на поджигание образца материала. Материалы с К более 0,5 являются горючими. Температура воспламенения Тв и самовоспламенения Тсв характеризует поведение нагреваемого полимерного материала при подводе огня и без такового. Горение пластмасс сопровождается значительным дымовыделением. Дымообразующая способность материалов определяется удельной оптической плотностью Дт, показывающей ослабление освещенности на расстоянии 1 м от источника света в дыму, выделяемого при сгорании 1 кг материала в объеме 1 м помещения. Кислородный индекс пластмасс (КИ) широко используется для оценки их воспламеняемости. Он показывает, при каком минимальном количестве кислорода в смеси O2-N2 загорается вертикально расположенный образец при его поджигании. КИ выражается в процентах и зависит от химического строения полимера и его содержании в пластмассе. Полимеры с КИ менее 27 считаются легкогорючими, причем если КИ менее 20, то горение протекает быстро, а при КИ = 20-26 — медленно. Полимеры с КИ более 27 относятся к самозатухающим при выносе их из огня и считаются трудногорючими. Триботехнические свойства Триботехнические свойства характеризуют применимость пластмасс в узлах трения. Процессы трения и сопровождающего его износа численно оцениваются следующими параметрами. 1. Коэффициент трения (скольжения) m. Численно m=F/N, где F — сила трения, N — нормальное усилие. По его величине все трибопласты подразделяются на фрикционные (m более 0,3) и антифрикционные (m менее 0,2). 2. Интенсивность износа J равна отношению изменения размера, массы, изнаши¬ваемого изделия или затрат энергии на этот процесс к пути трения L, называемого также пробегом. Соответственно различают интенсивность износа: линейного, массового, энергетического. 3. Износостойкость — величина, обратная интенсивности износа. Соответственно различают износостойкость линейную (безразмерная величина), массовую (м/мг) или энергетическую (м/Дж). 4. Параметры режима трения: давление номинальное Р = N/S, Па; скорость скольжения V, м/с. Произведение Р*V имеет весьма важное значение при оценке практической применимости материала в подшипниках скольжения, работающих в определенных энергетических условиях нагрузки Р и скорости скольжения V. Размерность Р*V — Вт/м2. Каждый трибопласт характеризуется своим допускаемым параметром режима, обозначаемым [P*V]. 5. Условия трения определяются наличием смазочного слоя на поверхности трения. По этому параметру различают: сухое трение — смазочный слой полностью отсутствует (реализуется в вакууме), граничное трение — по поверхности скольжения присутствует слой влаги, конденсированной из воздуха (или иное смазочное вещество) молекулярной толщины. Полусухое трение — контрповерхности частично разделены слоем жидкой смазки. Жидкостное трение — сопрягаемые поверхности полностью разделены слоем смазки, толщина которого превышает высоту их микровыступов и шероховатостей. Условия трения существенно влияют на величину коэффициента трения. Наличие в зоне трения даже граничного смазочного слоя может понижать коэффициент трения во много раз. Литература: «Производство изделий из полимерных материалов», издательство «Профессия», 2004 СТАТЬИ ПО ТЕМАМ
Статьи публикуются с разрешения автора и обязательным указанием ссылки на источник Редакция оплачивает на договорной основе Приглашаем специалистов к сотрудничеству в качестве внештатных авторов и консультантов! По вопросам публикации и оплаты статей обращайтесь в редакцию: Полное или частичное копирование любых материалов, опубликованных на Plastinfo.ru, для размещения Полное или частичное использование любых материалов, размещенных на Plastinfo.ru, |
 Авиация: полимеры и композиты для высоких полетов Полимерные премьеры в марочном ассортименте СИБУР за 2023 год Полиэтилентерефталат в поисках решения для улучшения вторичной переработки Россия. Топ-10 трейдеров инженерных полимеров нарастили продажи в 2023 году Эксперты назвали причины возможного изменения цен на полимеры Реклама ОПРОС НА PLASTINFO.RU
|
 |
 |
 |
 |
© 2002—2024 Пластинфо.ру