82. Пластмаси і пластмасові вироби
Пластичні маси (пластмаси) - це матеріали, які вміщують у якості основного компонента полімер, який при певних температурі і тиску набуває пластичності, а потім твердіє, зберігаючи форму.
В одних випадках пластмаси складаються тільки з полімеру, в інших - містять складні композиції, в яких окрім полімеру є наповнювачі. При цьому основою завжди є полімер, властивості якого зумовлюють технологію виготовлення деталі в цілому. Наповнювачі лише надають виробу певних властивостей: колір, міцність, твердість, теплопровідність і т. ін.
Полімерами називають продукт з'єднання однакових молекул у вигляді повторюваних ланок. Полімери складаються з макромолекул, ДО ЯКИХ ВХОДЯТЬ ВІД двох до декількох тисяч простих молекул. Залежно від побудови макромолекул полімери поділяються на лінійні, розгалужені і просторові.
У лінійних ланцюг макромолекули розташований у вигляді лінії. Вони гарно розтопляються і розчиняються.
У розгалужених полімерів є декілька ланцюгів, розташованих у одній площині. Вони погано розтоплюються і розчиняються.
У просторових полімерів ланцюги молекул розростаються у різні боки, утворюючи певний об'єм. Вони не розтоплюються і не розчиняються (гума).
Залежно від поведінки при нагріванні полімери поділяються на термопластичні і термореактивні.
Термопластичні полімери мають лінійну або розгалужену структуру. Вони мають багаторазово розтоплюватись і твердіти без зміни своїх властивостей.
Термореактивні полімери при нагріванні не розтоплюються, змінюють свою структуру і властивості.
За походженням полімери діляться на природні-полісахариди (целюлоза, крохмаль, білки, натуральний каучук) і синтетичні (смоли, пластмаси, волокна, каучук, лаки).
Синтетичні полімери отримують полімеризацією або поліконденсацією.
Полімеризація - процес утворення під високим тиском високих молекулярних з'єднань із ненасичених низько молекулярних речовин (мономерів) шляхом приєднання, при якому не утворюється ніяких побічних продуктів.
Поліконденсація - процес утворення високо молекул яр них з'єднань шляхом знищення елементів складу з виділенням деяких низькомолекулярних продуктів (юди, юдню, хлору). При цьому елементи складу полімерів і мономерів відрізняються.
На відміну від полімеризації поліконденсація є ступінчатим процесом, у якому послідовно приєднуються одна молекула до іншої. За агрегатним станом полімери можуть бути рідинними (розчини, емульсії, в'язкі маси) і твердими (гранули, порошки, куски).
Виробництво полімерів є високо автоматизованим, безлюдним і безвідходним, тобто повністю відповідає сучасним вимогам до виробництва. За об'ємами виробництва полімерів перші місця посідають CLLIA, Японія, Німеччина Полімери широко застосовують як вихідний матеріал при виготовленні пластичних мас, плівок, волокон, каучуку, клеїв, лаків і т. ін.
Пластмаси застосовують у машинобудуванні, приладобудуванні, електро- і радіотехніці, промисловості, засобах зв'язку, у капітальному будівництві, в легкій, харчовій, хімічній промисловості, у сільському господарстві і в побуті.
Існує декілька сотень різних видів пластмас. За походженням пластмаси поділяють на полімеризаційні. Найбільш дешеві і найбільш поширені пластмаси, отримані полімеризацією. Серед них найбільше поширення набули термопласти: поліетилен, полівінілхлорид, полістирол.
Поліетилен - виробляють із етилену при високому (100 МПа) тиску. Це самий дешевий серед пластмас матеріал. Має достатню міцність, високі діелектричні властивості і хімічну стійкість. Використовують при виготовленні труб, тари, деталей у машинобудуванні, радіотехніці і електротехніці.
Полівінілхлорид - виробляють із хлористого вінілу. Це високоміцний, хімічно стійкий конструкційний матеріал, але не самий дешевий. Посідає перше місце серед пластмас по виробництву.
Полістирол - виробляють із стеролу. За властивостями та галузями використання посідає середнє місце між поліетиленом і полівінілхлоридом.
Пластмаси, які отримують поліконденсацією, більш дорогі, але вироби з них мають більш естетичний вигляд. Найбільше поширення набули фенопласт, амінопласт, поліаміди, поліуретан та ін. їх випускають у вигляді прес-порошків, текстолітів, склотекстолітів, слоїстих пластиків. Широкого поширення вони набули при виготовленні побутової техніки, корпуси фенів, електробритв, авторучок, телефонних апаратів, корпусів телевізорів, мікрокалькуляторів, фотоапаратів та ін.
За призначенням пластмаси поділяють на три великі групи:
пластмаси загального призначення, які застосовують при виготовленні технічних і побутових виробів і до яких не ставляться особливо високі вимоги щодо міцності, електропровідності, хімічної стій кості тощо;
конструкційні пластмаси (машинобудівні), які в свою чергу поділяються на три підгрупи:
а) пластмаси низької міцності, у яких ав = 50 МПа;
б) пластмаси середньої міцності, з ав = 50-100 МПа;
в) пластмаси високоміцні ав = 100-400 МПа
Для порівняння: для різних сталей ав = 320-1500 МПа, де ав- межа міцності при розтягуванні.
Отже, лише найміцніші пластмаси за міцністю досягають низько-міцних сталей. Тому у більшості випадків пластмаси не можуть замінити сталь.
спеціальні пластмаси або пластмаси спеціального призначення, які використовують для виготовлення виробів з гарантією забезпечення тих, чи інших властивостей. Наприклад, пластмаси діелектрики - для виготовлення електротехнічних виробів - вимикачів, розеток та ін.; хімічно стійкі пластмаси - для виготовлення посуду для хімічних реактивів; антифрикційні пластмаси — для виготовлення підшипників ковзання.
Серед спеціальних видів пластмас в промисловості використовують такі:
Політетрофторетилен — матеріал з високими діелектричними властивостями, цілком не змочується водою та не набухає, має високу термічну та хімічну стій кість до агресивних середовищ, яка перевершує стій кість золота та платини. Твердість політетрофторетилену невисока. Він текучий на холоді й тому його використовують для виготовлення деталей методом холодного пресування з наступним спіканням. Його використовують як ізоляційний матеріал у техніці надвисоких частот і для виготовлення хімічно стійких деталей.
Поліаміди — стійкі до спрацювання матеріал, густина якого 1,13 г/см , температура розм'якшення 240..260 °С. Цей матеріал має високу стійкість до кислот, лугів, вуглеводнів і масел; використовується для виготовлення зубчастих коліс, деталей лічильних машин та інших деталей, що піддаються тертю.
Наприклад, підшипники, які в сильно абразивному середовищі порівняно з бронзовими працюють у 4...5, а вали в 3...10 разів довше, ніж у парі з бронзовими. Деталі з поліамідів в 2..3 рази легші та дешевші, ніж деталі з олов'яного сплаву.
Капрон — тверда речовина білого чи світло-жовтого кольору, одержана в результаті поліконденсації капролактаму. Капронові деталі мають високу поверхневу твердість і міцність на згин та удар, малий коефіцієнт тертя ковзання й мале спрацювання, стійкі проти жирів, мастил і лугів.
Недоліки капрону — значна усадка (до 2 %) і схильність до старіння за підвищених температур. Капрон застосовують для виготовлення деталей, стійких до спрацювання, і використовують як ізоляційний матеріал для виготовлення арматури, каркасів тощо.
Вініпласт — продукт, одержаний з поліхлорвінілової смоли, жорсткий, стійкий до води, спирту, мінеральних масел, майже всіх лугів і кислот, добрий діелектрик. Світлочутливість і схильність до повзучості в нормальних умовах є його недоліком.
Вініпласт застосовують для виготовлення деталей, які піддаються дії агресивних речовин. Листи та труби з вініпласту використовують як футерову ванн і резервуарів. Виготовляють з нього друкарські шрифти, кліше та ін.
Поліметалметакрилат {плексиглас, або органічне скло) є продуктом переробки складних органічних сполук поліметакрилових смол. Це прозорий ізоляційний матеріал, добре протидіючий ударам, в два рази легший за звичайне силікатне скло, має достатню твердість і міцність, антикорозійні властивості та стійкість до багатьох мінеральних і органічних розчинників. Д) його недоліків належить низька теплостійкість. Поліметалметакрилат застосовують для засклення приладів, апаратури, виготовлення друкованих схем та ін.
Текстоліти одержують пресуванням наповнювача (багатошарової бавовняної тканини) разом із зв'язуючими речовинами, найчастіше бакелітом. Текстоліт має високі електроізоляційні та фрикційні властивості, стійкість до спрацювання. Випускають текстоліт у вигляді листів (завтовшки 0,5...50 мм), плит і стержнів. Його застосовують для панелей апаратів, виготовлення підшипників, зубчастих коліс тощо. На деталях з текстоліту можна нарізувати різьбу.
Гетинакс, або бакелітова фібра, є шаровою пластмасою, в якій наповнювачем є папір. Гетинакс має добрі діелектричні властивості з задовільною механічною міцністю. Випускають гетинакс у вигляді листів завтовшки 0,2..50 мм і застосовують для виготовлення зубчастих коліс, плит, прокладок і як ізоляційний матеріал. Недолік гетинаксу — його гігросюпічність.
Склотекстоліт — високоміцна шарова пластмаса, яку одержують аналогічно до текстоліту, лише як наповнювач використовують скляну тканину. Склотекстоліт випускають у вигляді листів завтовшки 0,5..30 мм; застосовують у загальному машинобудуванні, електро- і радіотехніці для виготовлення особливо навантажених деталей, бо цей матеріал має високу міцність, пружність, теплостійкість; він чудовий діелектрик. Методи виготовлення пластмасових виробів. Існує кілька методів виготовлення пластмасових виробів. Лиття під тиском. Це найпродуктивніший метод. Використовується у масовому виробництві. Виконується на спеціальних машинах, призначених для розплавлення матеріалу і подавання його під поршнем (тиск 50-250МПа) в закриту охолоджувану прес-форму, при розбитті якої виріб автоматично виштовхується. Прес-форма являє собою збірний металевий пристрій, всередині якого знаходиться порожнина, яка за формою відповідає формі майбутньої деталі. Наступна операція - обрізання ливника, який знов іде на переплавку. Далі - механічна обробка, якщо юна потрібна
Для кожного виробу необхідно виготовляти свою прес-форму. Пресування. Пресування полягає в толу, що вихідний матеріал у вигляді гранул або волокон укладається у прес-форму, підігріту до температури 130-180°С. Потім укладена маса стискається пуансоном на гідравлічних пресах зусиллям від 10 до 1000т.
Пластмаса при цьому сплющується і стає однорідним матеріалом, який повністю заповнює порожнину прес-форми. Після відходу пуансону деталь виштовхується, оскільки вона розігріта але тверда Залишків пластмаси у цьому випадку немає, тобто матеріал використовується більш економно, ніж при виготовленні деталі литтям під тиском.
Пневматичне формування. Здійснюється на спеціальних машинах, які можуть утворювати повітряний тиск або вакуум.
Застосовується для виготовлення деталей із листового матеріалу, який підігрівають до пластичного стану. Товщина листа 1,5-4 мм. Підогрів матеріалу теж здійснює машина Формування заготовки відбувається в прес-формі під дією стислого повітря. Після формування заготовку обрізають по контуру обрізному штампі під пресом.