Термопластичные пластмассы. 
Материаловедение и технология материалов

Основу термопластичных пластмасс составляют полимеры с линейной и разветвленной структурой. Помимо основы они иногда содержат пластификаторы. Термопласты способны работать при температурах не выше 60—70°С, поскольку выше этих температур их физико-механические свойства резко снижаются. Некоторые теплостойкие пластмассы способны работать при 150—200°С, а термостойкие полимеры с жесткими цепями и циклической структурой устойчивы до 400—600°С.

Предел прочности термопластов изменяется в интервале 10— 100 МПа, а модуль упругости — (1,8^-3,5)* 10³ МПа. Длительное статическое нагружение термопластов вызывает появление вынужденно-эластической деформации и снижает их прочность. С увеличением скорости деформирования вынужденно-эластическая деформация отсутствует и появляются жесткость и хрупкое разрушение.

Наличие в структуре полимеров кристаллической составляющей делает их более прочными и жесткими.

Полиэтилен имеет структурную формулу.

Он неполярен. Его получают полимеризацией бесцветного газа этилена при низком и высоком давлении. Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) имеет высокую плотность и кристалличность до 74—95%. Макромолекулы полиэтилена высокого давления (ПЭВД) имеют более разветвленное строение. В результате ПЭВД отличается пониженной плотностью и содержит в структуре до 55—65% кристаллической составляющей. С увеличением плотности и кристалличности полиэтилена возрастают его прочность и теплостойкость.

Полиэтилен способен длительное время работать при 60— 100 °C. Морозостойкость достигает -70°С и ниже. Он химически стоек и нерастворим в растворителях при 20 °C.

Полиэтилен применяют для изоляции защитных оболочек кабелей проводов, деталей высокочастотных установок и для изготовления коррозионностойких деталей — труб, прокладок, шлангов. Его выпускают в виде пленки, листов, труб, блоков.

Полиэтилен подвержен старению. Для защиты от старения в полиэтилен вводят сажу (2—3%), замедляющую процесс старения в 30 раз.

Полистирол имеет структурную формулу.

Это неполярный, аморфный, твердый, жесткий, прозрачный полимер, имеющий преимущественно линейное строение. Молекулярная масса полистирола в зависимости от степени полимеризации может достигать 600 000. Наибольшее распространение имеют полистиролы с молекулярной массой 200 000—300 000, применяемые для изготовления листов и деталей методом литья под давлением.

Полистиролу присущи высокие диэлектрические свойства, удовлетворительная механическая прочность, невысокая рабочая температура (до 100°С), химическая стойкость в щелочах, минеральных и органических кислотах, маслах. Он набухает в 65%-ной азотной, ледяной уксусной кислотах, бензине и керосине. При температуре выше 200 °C разлагается, образуя стирол.

Полистирол применяют для производства слабонагруженных деталей и высокочастотных изоляторов.

Недостатками полистирола являются его хрупкость при пониженных температурах, склонность к постепенному образованию поверхностных трещин.

Политетрафторэтилен (фторопласт-4), структурная формула которого.

неполярен, имеет аморфно-кристаллическую структуру. Скорость кристаллизации зависит от температуры в очень малой степени до 250 °C и не влияет на его механические свойства. Температурный порог длительной эксплуатации фторопласта-4 ограничивается 250 °C. Он относительно мягок, поскольку аморфная фаза находится в высокоэластическом состоянии.

Фторопласт-4 отличается чрезвычайно высокой стойкостью к действию агрессивных сред: соляной, серной, плавиковой, азотной кислот, царской водки, сероводорода, щелочей. Он разрушается под действием расплавов щелочных металлов, а также фтора и фтористого хлора при повышенных температурах. Фторопласт-4 не горит и не смачивается водой и многими жидкостями.

Политетрафторэтилен не охрупчивается до -269°С. Он сохраняет гибкость при температуре ниже -80°С. Фторопласт-4 имеет низкий коэффициент трения (0,04), не зависящий от температуры плавления (327°С) кристаллической составляющей.

Недостатками фторопласта-4 следует считать его токсичность вследствие выделения фтора при высоких температурах, хладотекучесть и трудность переработки из-за отсутствия пластичности.

Фторопласт-4 применяют для изготовления мембран, труб, вентилей, насосов, уплотнительных прокладок, сильфонов, манжет, антифрикционных покрытий на металлах, а также элсктрорадиотехнических деталей.

Свойства неполярных термопластов приведены в табл. 10.1.