Материал: А27878 Андреев АК Материалы для низкотемпературной техники

Смазывающие вещества (стеарин, воск, олеиновая кислота и др.) предотвращают прилипание изготовленной детали к стенкам оформляющего устройства (пресс-формы и т. п.).

Красители придают соответствующую окраску пластмассовым деталям. Их подбирают с учетом химических свойств реактопласта и условий его переработки. Наиболее часто красители используются в составе карбамидных пластмасс (светлые тона) и фенопластов (темноокрашенные детали).

Пластификаторы обычно вводятся в термопласты. Их использование позволяет повысить пластичность массы при переработке и повышенной температуре, увеличить хладостойкость и относительное удлинение при разрыве. Однако наличие пластификатора в пластмассе снижает прочность при растяжении и увеличивает его ползучесть.

Полимерным связующим и пластическим массам на их основе обычно присущи три физических состояния: вязкотекучее, высокоэластическое и твердое, или стеклообразное. Тип состояния зависит от температуры и определяется величиной деформации. На температуру перехода полимера из одного состояния в другое влияют молекулярный вес и структура полимера, наличие пластификаторов, наполнителей и другие факторы. Переработка пластических масс осуществляется в основном, когда они находятся в вязкотекучем или высокоэластическом состоянии.

Основные способы получения изделий и деталей из пластиче-

ских масс: прессование (прямое и литьевое); литье под давлением – инжекционное прессование; экструзия и шприцевание; формование из листов (формование штампованием, пневмоформование, вакуумное формование); формование крупногабаритных изделий из слоистых пластмасс (контактное, вакуумное, автоклавное формование, формование способом пресс-камеры, изготовление изделий намоткой); сварка; механическая обработка.

5.1.2. Основные свойства полимеров

Основные свойства полимеров и пластмасс на их основе можно подразделить на физические, механические и химические.

176

К важнейшим физическим свойствам пластмасс, эксплуатируемых при пониженных температурах, следует отнести их плотность, диэлектрические характеристики, теплофизические свойства, коэффициент линейного расширения, сохранение работоспособности в условиях ионизирующего излучения.

Плотность пластических масс зависит от химической природы полимерного связующего, вида наполнителя, соотношения компонентов в пластмассе, условий переработки изделия. В среднем плотность пластических масс в 2 раза меньше, чем у алюминия; в 5–8 раз меньше, чем у стали, меди и других металлов. Особо низкой плотностью обладают поро- и пенопласты.

Диэлектрические свойства. Все пластические массы являются диэлектриками (за исключением случая введения специальных наполнителей или применения специальных полимеров). Диэлектрические свойства пластических масс определяются в основном химическим строением и структурой полимерного связующего, а также структурой и свойствами наполнителя. Наилучшими диэлектриками являются полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен.

Теплофизические свойства. Теплопроводность пластических масс лежит в широких пределах и во много раз меньше, чем у металлов и керамики. Наименьшей теплопроводностыо обладают пенопласты, наибольшей – пластические массы, наполненные минеральными наполнителями. Низкая теплопроводность пластических масс должна учитываться не только при их эксплуатации, но и при производстве изделий на их основе. Для слоистых пластмасс наблюдается анизотропия теплопроводности вдоль и поперек пластмассы.

Удельная теплоемкость пластических масс значительно больше, чем у металлов. Температуропроводность пластических масс во много раз меньше, чем у других конструкционных материалов. Благодаря низкой теплопроводности и температуропроводности пластмассы обладают высокими теплоизолирующими свойствами.

Значения коэффициента линейного расширения пластических масс лежат в широком диапазоне. Величина коэффициента зависит от структуры материала и наличия в нем наполнителя. Эта характеристика пластмасс во много раз больше, чем у металлов,

177

стали и других материалов, что необходимо учитывать при армиировании деталей из пластмасс металлическими элементами или при использовании в конструкции различных материалов.

Механические свойства. Прочность пластических масс лежит в широких пределах и зависит от полимерного связующего и вида наполнителя, а также их соотношения. К важнейшим механическим свойствам пластмасс следует отнести прочностные свойства, в частности удельную прочность пластмасс, их вязкость, деформационную способность и эластичность, сопротивление усталостному нагружению, длительную прочность и ползучесть при повышенных температурах, антифрикционные и фрикционные свойства.

Удельная прочность, т. е. прочность, отнесенная к плотности, для ряда пластмасс выше, чем у металлов, однако их модуль упругости заметно ниже.

Временное сопротивление и модуль упругости ненаполненных полимеров или пластмасс, имеющих порошкообразные или волокнистые (органические) наполнители, значительно ниже, чем у слоистых пластмасс или пластмасс, армированных стеклянным волокном.

Волокнистые и слоистые пластмассы хорошо противостоят действию ударных и динамических нагрузок. Удельная усталостная прочность стеклопластиков близка к аналогичным характеристикам для металлов. Несмотря на то, что абсолютные значения показателя усталости (предел выносливости) стеклопластиков и других слоистых пластиков ниже, чем у стали, дуралюмина и титана, слоистые пластики и, особенно, стеклопластики благодаря высокой демпфирующей способности с успехом могут применяться в конструкциях, подвергаемых вибрации.

Демпфирующая способность материалов – способность к поглощению энергии вибрации – зависит от напряжений в них. Демпфирующая способность текстолита и гетинакса при более низких уровнях напряжений выше, чем у стеклотекстолита. Длительная прочность пластических масс ниже, чем у металлов. Для ряда пластмасс (особенно ненаполненных) при нагружении наблюдается ползучесть, которая проявляется даже при нормальной температуре.

Антифрикционные свойства. Многие пластмассы имеют малый коэффициент трения (0,02–0,1) и высокую износостойкость.

178

К лучшим антифрикционным материалам относятся фторопласты, полиамиды, текстолит, древеснослоистые пластики и др. Антифрикционные свойства могут быть улучшены путем введения в некоторые из них графита. Благодаря высоким антифрикционным свойствам пластмассы широко применяются в подшипниках скольжения.

Фрикционные свойства. Наилучшими фрикционными свойствами (наибольшими коэффициентом трения и износостойкостью) обладают асбопластики – пластические массы на основе фенолоформальдегидных смол с асбоволокнистым наполнителем. Коэффициент трения этих материалов лежит в пределах 0,2–0,6. Для улучшения эксплуатационных свойств фрикционных материалов в их состав вводят металлические наполнители (стружку, сетку).

Химические свойства. Среди химических свойств пластмасс следует выделить их поведение в различных средах. Пребывание пластмасс в условиях воды и высокой влажности сопровождается поглощением воды, а в некоторых случаях – и вымыванием отдельных продуктов или компонентов материала, что приводит, в свою очередь, к возникновению в материале внутренних напряжений, вследствие чего пластмасса растрескивается или коробится, изменяются ее размеры. Наиболее водо- и влагостойкими являются ненаполненные пластики (полиэтилен, фторопласты, полистирол и др.), наибольшее водопоглощение отмечено у древесно-слоистых пластиков и пластмасс на основе мочевиноформальдегидных смол. Пребывание в воде и атмосфере высокой влажности приводит к снижению физико-механических и диэлектрических характеристик пластических масс.

Большинство пластических масс стойко к действию минеральных масел, керосина и бензина и может работать в этих средах. Исключение составляют полиэтилен, полиизобутилен, винипласт. Стойкими к сильноагрессивным средам являются полиэтилен, полипропилен, фторопласты, винипласты, пластмасса на основе эпоксидных, полиэфирных и фенолформальдегидных смол и минеральных наполнителей и некоторые другие пластики.

Основные области применения некоторых термопластических пластмасс приведены в табл. 5.2.

179

Таблица 5.2

Области применения некоторых термопластичных пластмасс

5.1.3. Методы испытания полимерных материалов

Ряд методов исследования свойств полимерных материалов отличается от принятых для металлических – сталей, сплавов, цветных металлов и требует дополнительного описания.

180