Термопластичные пластмассы (термопласты)

Широкое применение находят термопластичные пластмассы на основе полиэтилена, полипропилена, полистирола, поливинилхлорида, фторопластов, полиамидов и других полимеров (табл. 4.2).

Полиэтилен имеет линейную структуру макромолекул [—СН₂— СН₂— ] и является продуктом полимеризации этилена. Свойства полиэтилена зависят от условий полимеризации. По способу изготовления различают полиэтилен низкой плотности (0,918… 0,930 г/см³), получаемый полимеризацией при высоком давлении (ГОСТ 16 337—77Е), и полиэтилен высокой плотности (0,946… 0,970 г/см³), получаемый полимеризацией при низком давлении (ГОСТ 16 338—85Е). Полиэтилен высокой плотности имеет степень кристалличности 75…95%.

Чем выше плотность и степень кристалличности полиэтилена, тем выше его прочность, модуль упругости и теплостойкость. Разрушающее напряжение при растяжении полиэтилена низкой плотности составляет 10… 17 МПа, полиэтилена высокой плотности —.

18…35 МПа.

Полиэтилен имеет высокие диэлектрические свойства, практически не поглощает влагу. Он стоек к действию кислот, щелочей и растворителей, нетоксичен, легко сваривается, технологичен (поддается экструзии, литью, напылению, заливке и т. д.), стоит недорого и сочетает высокую прочность с пластичностью. Недостатком полиэтилена является склонность к старению под действием ультрафиолетовых лучей.

Полиэтилен (ГОСТ 25 951−83, ГОСТ 20 477–86, ГОСТ 10 354– — 82) выпускают в виде пленок толщиной 0,03…0,30 мм, шириной 1 400 мм и длиной 30 м, а также в виде листов толщиной 1 …6 мм и шириной до 1 400 мм. Полиэтилен применяют для изоляции электропроводов и кабелей, в качестве упаковочного материала для пищевых продуктов, для защиты от коррозии магистральных нефтеи газопроводов, в качестве заменителя стекла, для изготовления предметов домашнего обихода, для защиты металлов от коррозии. Полиэтиленовые трубы могут работать при температуТаблица 4.2.

Области применения некоторых термопластичных пластмасс.

рах до -60 °С, они не подвержены почвенной коррозии. Из полиэтилена изготавливают крышки подшипников, уплотнительные прокладки, детали вентиляторов и насосов, гайки, шайбы, полые изделия вместимостью до 200 л, тару для хранения и транспортировки кислот и щелочей.

Полипропилен (ТУ 6−05−1105 — 78) является производным этилена. Макромолекула полипропилена имеет следующую химическую формулу: [—СН (СН3)—СН2—].

По сравнению с полиэтиленом полипропилен имеет более высокую механическую прочность и жесткость, большую теплостойкость и меньшую склонность к старению. Разрушающее напряжение при растяжении полипропилена достигает 25…40 МПа. Недостатком полипропилена является его невысокая морозостойкость (-20 °С).

Детали из полипропилена изготавливают штампованием, литьем под давлением, пневматическим и вакуумным прессованием; полипропилен можно сваривать, напылять на металл, ткань, картон. Полипропилен легко подвергается механической обработке на токарных, фрезерных, сверлильных станках. Полипропилен применяют для изготовления антикоррозионной футеровки резервуаров, труб и арматуры трубопроводов, электроизоляционных деталей, а также для изготовления деталей, применяемых при работе в агрессивных средах. Из полипропилена изготавливают части кузовов автомобилей, корпусы аккумуляторов, прокладки, трубы, фланцы, водонапорную арматуру, пленки, пленочные покрытия бумаги и картона, корпусы воздушных фильтров, конденсаторы, вставки демпфирующих глушителей, зубчатые и червячные колеса, ролики, подшипники скольжения, фильтры масляных и воздушных систем, рабочие детали вентиляторов, насосов, уплотнения, детали приборов и автоматов точной механики, кулачковые механизмы, детали бытовой радиоаппаратуры, холодильников, стиральных машин, изоляцию проводов и кабелей. Отходы при производстве полипропилена и отработавшие изделия из него используют для повторной переработки.

Полистирол (ГОСТ 20 282 —86Е) относится к числу наиболее известных и широко применяемых пластмасс. Его макромолекула имеет следующую формулу: [—СН₂—СН (С₆Н₅)—]".

Полистирол — твердый, жесткий, бесцветный, прозрачный, аморфный полимер, легко окрашиваемый в различные цвета. Обладает высокой водостойкостью, хорошей химической стойкостью в растворах солей, кислот и щелочей. По сравнению с другими термопластами более стоек к радиации. Недостатками полистирола являются повышенная хрупкость при ударных нагрузках, склонность к старению, невысокая теплои морозостойкость. Интервал рабочих температур-40…+65 °С. Полистирол применяют для изготовления деталей радиои электроаппаратуры, предметов домашнего обихода, детских игрушек, трубок для изоляции проводов, пленок для изоляции электрических кабелей и конденсаторов, открытых емкостей (лотки, тарелки и др.), прокладок, втулок, светофильтров, деталей электропылесосов (колодки, щелевые сопла, прокладки, ручки), мебельной фурнитуры, конструкционных изделий с антистатическими свойствами. Ударопрочным полистиролом (механическая смесь полистирола с каучуком) облицовывают пассажирские вагоны, салоны автобусов и самолетов. Из него изготавливают крупногабаритные детали холодильников, корпуса радиоприемников, телефонных аппаратов и др.

Полистирол применяют для изготовления деталей машин и аппаратов, непосредственно контактирующих с пищевыми продуктами (молоком и молочными продуктами, вином, коньяком, шампанским и др.), а также для изготовления тары и упаковки. Его используют для изготовления пористых материалов.

В числе различных синтетических материалов широкое распространение получили так называемые газонаполненные пластики. Эти материалы разделяются на пенопласты и поропласты. У пенопластов микроскопические ячейки, наполненные газом, не сообщаются между собой, и плотность таких материалов, как правило, менее 0,3 г/см³. Ячейки у поропластов сообщаются между собой, и их плотность несколько выше. Пенопласты и поропласты выпускают на основе полистиролов, поливинилхлорида и различных эфирных полимеров.

Пенопласт применяют в качестве теплоизоляционного слоя в конструкциях судовых трюмов, кузовов автофургонов, холодильных камер на объектах мясомолочной и рыбной промышленности.

Пенополистирол получают из эмульсионного полимера прессовым и беспрессовым методами.

Пенополистиролы могут работать при температурах до 75 °C. Недостатком пенополистирола является присутствие в нем горючего порообразователя, например изопентана. Уменьшить или вовсе устранить эту опасность удается введением антипиренов, например оксида сурьмы.

Пенополистирол применяется в различных отраслях промышленности как термои звукоизоляционный материал, в пищевой промышленности — для изоляции трюмов для хранения продуктов питания при температуре −15…−35°С. Коэффициент теплопроводности пенополистирола близок к теплопроводности воздуха. Благодаря хорошим амортизационным свойствам и малой плотности пенополистирол используют в качестве упаковочного материала. Для производства изделий, контактирующих с пищевыми продуктами, используют обычно суспензионный полистирол.

Пластмассы на основе поливинилхлорида (ГОСТ 5960 — 72, ГОСТ 9639–71, ГОСТ 9998–80, ГОСТ 16 214–86, ГОСТ 16 272–79) имеют хорошие электроизоляционные свойства. Они стойки к воздействию химикатов, не поддерживают горения, атмосферо-, водо-, маслои бензостойки. Поливинилхлорид имеет химическую формулу [—СН₂—СНС1—]". Непластифицированный поливинилхлорид называется винипластом. Винипласты имеют высокие механическую прочность и упругость, но сравнительно малопластичны. Винипласты стойки к воздействию почти всех минеральных кислот, щелочей и растворов солей. Их недостатками являются склонность к ползучести, низкая ударная вязкость, малая теплостойкость, резкая зависимость от температуры.

Винипласт выпускают в виде листов, прутков, труб. Винипластовые детали хорошо механически обрабатываются и свариваются. Из него изготавливают трубы для транспортирования воды, агрессивных жидкостей и газов, коррозионно-стойкие емкости, защитные покрытия для электропроводки, детали вентиляционных установок, теплообменников, шланги вакуум-проводов, защитные покрытия для металлических емкостей, изоляцию проводов и кабелей. Поливинилхлорид используют для получения пенопластов, линолеума, искусственной кожи, объемной тары, товаров бытовой химии, вибропоглощающих материалов в машиностроении и на всех видах транспорта, водо-, бензои антифризостойких трубок, прокладок и т. д.

Фторопласты (ТОСТ 21 000−81, ГОСТ 10 007–80Е, ГОСТ 14 906– — 77, ГОСТ 25 428– — 82) — полимеры фторпроизводных этиленового ряда. Фторопласты имеют предел прочности: при растяжении 15…35 МПа, при изгибе — 10… 15 МПа; относительное удлинение при разрыве 250…350%.

Наиболее широкое распространение получил фторопласт-4, или политетрафторэтилен {тефлон). Он имеет структурную формулу |CF₂—CF₂— )". Характеризуется высокой плотностью (2,1 …2,3 г/см³), термои морозостойкостью.

Интервал рабочих температур при эксплуатации изделий из фторопласта-4 составляет −269…+260°С. Пленка из него не охрупчивается даже в среде жидкого гелия.

Фторопласты широко применяют в электрои радиотехнической промышленности, а также для изготовления химически стойких труб, кранов, мембран, насосов, подшипников, деталей медицинской техники, коррозионно-стойких конструкций, теплои морозостойких деталей (втулок, пластин, дисков, прокладок, сальников, клапанов), для облицовки внутренних поверхностей различных криогенных емкостей.

Полиамиды (ГОСТ 10 589 — 87, ГОСТ 17 648– — 83) включают группу известных термопластичных пластмасс (таких, как нейлон, капрон и др.). Макромолекула полиамида состоит из амидной — NH—СО и метиленовой —СН₂ групп и имеет общий вид [—NH— СО—(СН₂)—]", где метиленовые группы повторяются от 2 до 100 раз. Ориентированные полиамиды характеризуются высокой прочностью на растяжение (более 400 МПа), ударопрочностью, способностью к поглощению вибрационных нагрузок. Они имеют низкий коэффициент трения и могут использоваться в качестве подшипников как без смазки, так и при применении смазочных материалов. Полиамиды используют для изготовления конструкционных и электроизоляционных изделий, эксплуатируемых при температуре −60…+100°С (зубчатые передачи, уплотнительные устройства, втулки, муфты, подшипники скольжения, лопасти винтов, стойкие к действию щелочей, масел, жиров и углеводородов; технические изделия и товары культурно-бытового назначения, антифрикционные покрытия металлов).

Полиуретаны (ТУ 6−05−221−479 — 79) — наиболее ценные и широко производимые промышленностью термопластичные полимеры. Полиуретаны содержат уретановую группу [—NH— СОО—]". Они характеризуются высокими модулем упругости, износостойкостью, вязким коэффициентом трения, стойкостью к вибрациям, атмосферостойкостью, а также стойкостью к воздействию масла и бензина. Изделия из полиуретана можно эксплуатировать при понижении температуры до -70 °С. Волокна из полиуретана малогигроскопичны и имеют высокую химическую стойкость. Их используют для изготовления изоляции, фильтровальных и парашютных тканей.

Стекло органическое (плексиглас) (ГОСТ 9784 —75Е, ГОСТ 10 667– —90Е, ГОСТ 15 809– —70Е, ГОСТ 17 622–73Е) получают на основе сложных эфиров и метакриловой кислоты. Обычно применяют полиметилакрилат, имеющий структурную формулу [—СН— С (СНз)(СООСН₃)-]".

Этот термопласт оптически прозрачен (светопрозрачность до 92%), имеет низкую плотность, высокую атмосферостойкость, стоек к воздействию разбавленных кислот и щелочей, углеводородного топлива и смазок. Стекло органическое выпускают в виде листов толщиной до 25 мм. Его недостаток — низкая поверхностная твердость.

Поликарбонат (ТУ 6−06−68 — 89, ТУ 6−06−95 — 90) — термопластичный полимер на основе дифенилпропана, выпускаемый под названием дифлон. Поликарбонат характеризуется низкой водопоглощаемостью и газопроницаемостью, хорошими диэлектрическими свойствами, высокой жесткостью, теплостойкостью и химической стойкостью, он не имеет запаха и вкуса, физиологически безвреден, бесцветен, прозрачен, хорошо окрашивается, стоек к световому старению и действию окислителей даже при нагреве до 120 °C. Это один из наиболее ударопрочных термопластов, что позволяет использовать его в качестве конструкционного материала, заменяющего металлы. Из поликарбоната изготавливают шестерни, подшипники, корпуса, крышки, клапаны и другие детали, сосуды для транспортировки фруктовых соков, молока, вин и т. д. Его можно использовать в криогенной технике для работы в среде жидких газов.

Физико-механические свойства поликарбонатов улучшают введением в них армирующих волокон. Хорошо зарекомендовали себя наполненные стекловолокном полипропилен, полистирол и некоторые другие термопласты. Термопласты, армированные стекловолокном, имеют более высокие механические свойства и обеспечивают неизменность формы изделий в условиях повышенных температур. Производство таких термопластичных материалов с каждым годом растет на 25…30%. Их применяют при изготовлении самых различных деталей в электронной и электротехнической промышленности, оптическом и точном приборостроении, автомобилестроении, текстильном машиностроении и т. д.