Материал: А27878 Андреев АК Материалы для низкотемпературной техники

под влиянием нагревания и давления, а затем сохранять закрепленную в результате охлаждения или отверждения форму. Наиболее полно отражают специфические особенности полимерных материалов принципы, основанные на химических свойствах связующего компонента пластмассы. Исходя из этого принципа все полимеры и пластические массы на их основе могут быть разбиты на две принципиально отличные группы – термопластические, или термообратимые (термопласты), и термореактивные, или термонеобратимые (реактопласты).

Термопласты – полимерные материалы, способные при нагревании переходить из стеклообразного (твердого) в вязкотекучее состояние, не изменяя при этом существенно своей химической структуры. При охлаждении термопласты (или детали из них) снова становятся твердыми и могут быть повторно переработаны с некоторым ухудшением свойств.

Указанные особенности термопластов определяют возможность получения из них деталей различными методами горячего формования, литьем под давлением, прессованием, экструзией, выдуванием, вальцеванием. Готовые детали из термопластов и заготовки (так называемые поделочные пластмассы – листы, трубки, стержни и т. п.) могут обрабатываться резанием на токарных, фрезерных и других станках, подвергаться свариванию и склеиванию.

Обычно к термопластам относят также некоторые полимерные материалы, не обладающие этими явно выраженными свойствами, например фторопласт и целлофан. Линейная структура таких полимеров и методы переработки приближают их к остальным термопластам, хотя межмолекулярное взаимодействие, характерное для этой группы, приводит к потере свойств термопластичности ввиду того, что температура их разложения опережает температуру перехода в вязкотекучее состояние. По физико-механическим свойствам, в основном по модулю упругости, пластические массы могут быть жесткими, полужесткими и мягкими.

5.2.1. Полимерные материалы на основе полиолефинов

К полиолефинам относятся продукты полимеризации этилена, пропилена, бутенов и их сополимеры. Широкое применение этих материалов обусловливается сочетанием высоких эксплуата-

186

ционных и технологических свойств и самой низкой стоимостью среди всех полимерных материалов.

Основными представителями данного класса полимеров являются такие материалы, как полиэтилен, полипропилен, полистирол и полиизобутилен.

Полиэтилен – полимер аморфно-кристаллического строения, состоящий из линейных (цепных) и линейно-разветвленных макромолекул.

Выпускается полиэтилен в виде гранул или тонкодисперсных порошков (неокрашенных или окрашенных в разные цвета), а также в виде пленок (тонкие пленки прозрачные), листов, блоков, труб, фасонных деталей и т. п.

Различают полиэтилен высокого (ПВД), среднего (ПСД) и низкого (ПНД) давления. Физико-механические свойства полиэтилена приведены в табл. 5.3–5.5 и на рис. 5.3 и 5.4.

Обладающий более высокой плотностью ПНД называют полиэтиленом высокой плотности (ПЭВП), а ПВД, имеющий меньшую плотность, – полиэтиленом низкой плотности (ПЭНП).

Молекулярная масса полиэтилена зависит от технологии его получения и колеблется в широких пределах: 18 000–25 000 (полиэтилен I), 25 000–35 000 (полиэтилен II) и выше 70 000 (полиэтилен III) углеродных единиц.

При комнатной температуре ПВД и ПСД состоят из 55–70 % кристаллической фазы, а у ПНД она достигает 80–90 %.

Одной из проблем применения полимерных материалов является их старение под действием внешних условий. В табл. 5.5 приведены данные об атмосферном старении светостабилизированного полиэтилена в условиях Санкт-Петербурга.

Основными видами обработки ПВД и ПНД для получения из них изделий, полуфабрикатов и заготовок являются литье под давлением и экструзия, а также вакуумное и пневматическое формование, экструзии с последующим раздувом (раздувное формование).

При литье под давлением ПВД высокого давления применяют марки и рецептуры с хорошей текучестью (высоким показателем текучести расплава). На соотношение между аморфной и кристаллической фазами полиэтилена высокого давления в отлитом изделии влияют степень кристалличности исходного полимера (гранулята), режим охлаждения расплава и температура литьевой формы.

187

188

Таблица 5.5

Изменение свойств светостабилизированного полиэтилена при атмосферном старении

Рис. 5.3. Зависимость разрушающего напряжения при растяжении от температуры:

1 – полиэтилен высокого давления; 2 – полиэтилен низкого давления с относительной молекулярной массой 30 000; 3 – полиэтилен низкого давления с относительной молекулярной массой 350 000

В зависимости от размера и формы детали, текучести расплава ПВД температура литья находится в пределах от 160 до 230 °С, а температура формы – от 20 до 70 °С. С повышением температуры литья и формы достигается более высокая степень кристалличности полиэтилена и улучшается глянец изделия. Усад-

189

ка при литье в зависимости от условий впрыска у низковязкого полиэтилена достигает 1,5–3,5 %, а при плохой текучести – 2–4 %. Давление впрыска для ПВД составляет примерно 50–100 МПа.

Рис. 5.4. Зависимость относительного удлинения при разрыве от температуры:

1 – полиэтилен высокого давления; 2 – полиэтилен низкого давления с относительной молекулярной массой 30 000; 3 – полиэтилен низкого давления с относительной молекулярной массой 350 000

Для литья под давлением полиэтилена низкого давления, так же как и в случае ПВД, используют марки и рецептуры с хорошей текучестью. В зависимости от размера и формы детали, показателя текучести расплава температура разливки ПНД составляет от 200 до 270 °С, температура формы – от 50 до 70 °С, продолжительность цикла литья – от 30 до 90 с. При повышении температуры литья и формы у полиэтилена низкого давления, так же как и у ПВД, достигается более высокая степень кристалличности полимера и улучшается глянец изделия. Усадка при переработке в зависимости от условий впрыскивания находится в интервале от 2 до 3 %, давление впрыска для ПНД составляет примерно 90–120 МПа. При повышении температуры и давления литья усадка изделий уменьшается.

В табл. 5.6 приведены значения теплоемкости и температурного коэффициента линейного расширения полиэтилена.

190