Смешные Анекдоты Истории Цитаты Афоризмы Стишки Картинки прикольные Игры

В современных автомобилях доля пластмассовых деталей постоянно растет. Растет и количество ремонтов на пластмассовых поверхностях, все чаще мы сталкиваемся с необходимостью их окрашивания.

Во многом окраска пластмасс отличается от окраски металлических поверхностей, что обусловлено, в первую очередь, самими свойствами пластмасс: они более эластичны и имеют меньшую адгезию к ЛКМ. А так как спектр полимерных материалов, применяемых в автомобилестроении, очень разнообразен, то не будь каких-то универсальных ремонтных материалов, способных создавать качественное декоративное покрытие на многих из их типов, малярам бы, наверное, пришлось получать специальное образование по химии.

К счастью, все на самом деле окажется значительно проще и погружаться с головой в изучение молекулярной химии полимеров нам не придется. Но все же некоторые сведения о типах пластмасс и их свойствах, хотя бы с целью расширения кругозора, будут явно нелишними.

Сегодня вы узнаете

Пластмассы — в массы

В XX веке человечество пережило синтетическую революцию, в его жизнь вошли новые материалы — пластмассы. Пластмассу можно смело считать одним из главных открытий человечества, без ее изобретения многие другие открытия были бы получены намного позже или их не было бы вовсе.

Первая пластмасса была изобретена в 1855 году британским металлургом и изобретателем Александром Парксом. Когда он решил найти дешевый заменитель дорогостоящей слоновой кости, из которой в то время делались бильярдные шары, вряд ли он мог себе представить, какое значение впоследствии приобретет полученный им продукт.

Ингредиентами будущего открытия стала нитроцеллюлоза, камфора и спирт. Смесь этих компонентов прогревалась до текучего состояния, а затем заливалась в форму и застывала при нормальной температуре. Так на свет появился паркезин — прародитель современных пластических масс.

От природных и химически модифицированных природных материалов к полностью синтетическим молекулам развитие пластмасс пришло несколько позже — когда профессор Фрейбургского университета немец Герман Штаудингер открыл макромолекулу — тот «кирпичик», из которого строятся все синтетические (да и природные) органические материалы. Это открытие принесло в 1953 году 72-летнему профессору Нобелевскую премию.

С тех-то пор все и началось… Чуть ли не ежегодно из химических лабораторий шли сообщения об очередном синтетическом материале с новыми, невиданными свойствами, и сегодня в мире ежегодно производятся миллионы тонн всевозможных пластических масс, без которых жизнь современного человека абсолютно немыслима.

Пластмассы используются везде, где только можно: в обеспечении комфортной жизнедеятельности людей, сельском хозяйстве, во всех областях промышленности. Не исключением является и автомобилестроение, где пластик используется все шире, неудержимо вытесняя своего основного конкурента — металл.

По сравнению с металлами пластмассы — очень молодые материалы. Их история не насчитывает и 200 лет, в то время как олово, свинец и железо были были знакомы человечеству еще в глубокой древности — за 3000-4000 лет до н. э. Но несмотря на это, полимерные материалы по ряду показателей значительно превосходят своего основного технологического конкурента.

Преимущества пластмасс

Преимущества пластмасс по сравнению с металлами очевидны.

Во-первых, пластик существенно легче. Это позволяет снизить общий вес автомобиля и сопротивление воздуха при движении, и тем самым — уменьшить расход топлива и, как следствие, выброс выхлопных газов.

Общее снижение веса автомобиля на 100 кг за счет применения пластмассовых деталей позволяет экономить до одного литра топлива на 100 км.

Во-вторых, использование пластмасс дает почти неограниченные возможности для формообразования, позволяя воплощать в реальность любые дизайнерские идеи и получать детали самых сложных и хитроумных форм.

К преимуществам пластмасс также можно отнести их высокую коррозионную стойкость, устойчивость к атмосферным воздействиям, кислотам, щелочам и прочим агрессивным продуктам химии, отличные электро- и теплоизоляционные свойства, высокий коэффициент шумоподавления… Словом, неудивительно, почему полимерные материалы находят столь широкое применение в автомобилестроении.

Предпринимались ли попытки создать полностью пластмассовый автомобиль? А как же! Вспомнить хотя бы небезызвестный «Трабант», выпускавшийся в Германии более 40 лет назад на заводе в Цвик-кау — его кузов был целиком изготовлен из слоистого пластика.

Для получения этого пластика 65 слоев очень тонкой хлопчатобумажной ткани (поступавшей на завод с текстильных фабрик), чередующихся со слоями размолотой крезолоформальдегидной смолы, спрессовывались в очень прочный материал толщиной 4 мм при давлении 40 атм. и температуре 160 °С в течение 10 мин.

До сих пор кузова гэдээровских «Трабантов», про которые пели песни, рассказывали легенды (но чаще сочиняли анекдоты), лежат на многих свалках страны. Лежат… но ведь не ржавеют!

Trabant. Самый популярный в мире автомобиль из пластика

Шутки шутками, а перспективные разработки цельнопластмассовых кузовов серийных авто есть и сейчас, многие кузова спортивных автомобилей целиком изготавливаются из пластика. Традиционно металлические детали (капоты, крылья) на многих автомобилях сейчас также меняют на пластиковые, например, у автомобилей Citroën, Renault, Peugeot и других.

Вот только в отличие от кузовных панелей народного «Траби», пластиковые детали современных автомобилей уже не вызывают иронической улыбки. Напротив — их стойкость к ударным нагрузкам, способность деформированных участков к самовосстановлению, высочайшая антикоррозионная стойкость и малый удельный вес заставляют проникнуться к этому материалу глубоким уважением.

Завершая разговор о достоинствах пластмасс нельзя не отметить тот факт, что хоть и с некоторыми оговорками, но все-таки большинство из них отлично поддается окрашиванию. Не имей серая полимерная масса такой возможности, вряд ли бы она снискала такую популярность.

Зачем красить пластик?

Необходимость окрашивания пластмасс обусловлена с одной стороны эстетическими соображениями, а с другой — необходимостью защищать пластики. Ведь ничего вечного нет. Пластики хоть и не гниют, но в процессе эксплуатации и воздействия атмосферных влияний, они все равно повергаются процессам старения и деструкции. А нанесенный лакокрасочный слой защищает поверхность пластика от различных агрессивных воздействий и, следовательно, продлевает срок его службы.

Если в условиях производства окрашивание пластмассовых поверхностей производится очень просто — в данном случае речь идет о большом количестве новых одинаковых деталей из одной и той же пластмассы (да и технологии там свои), то маляр в авторемонтной мастерской сталкивается с проблемами разнородности материалов различных деталей.

Вот здесь то и приходится ответить себе на вопрос: «Что вообще такое пластмасса? Из чего ее делают, каковы ее свойства и основные виды?».

Что такое пластмасса?

В соответствии с отечественным государственным стандартом:

Пластмассами называются материалы, основной составной частью которых являются такие высокомолекулярные органические соединения, которые образуются в результате синтеза или же превращений природных продуктов. При переработке в определенных условиях они, как правило, проявляют пластичность и способность к формованию или
деформации.

Если из такого сложного даже для чтения, а не только для понимания, описания убрать первое слово «пластмассами», пожалуй, вряд ли кто догадается, о чем вообще идет речь. Что ж, попробуем немного разобраться.

«Пластмассы» или «пластические массы» назвали так потому, что эти материалы способны при нагреве размягчаться, становиться пластичными, и тогда под давлением им можно придать определенную форму, которая при дальнейшем охлаждении и отверждении сохраняется.

Основу любой пластмассы составляет (то самое «высокомолекулярное органическое соединение» из определения выше).

Слово «полимер» происходит от греческих слов «поли» («много») и «мерос» («части» или «звенья»). Это вещество, молекулы которого состоят из большого числа одинаковых, соединенных между собой звеньев. Эти звенья называют мономерами («моно» — один).

Так, например, выглядит мономер полипропилена, наиболее применяемого в автомобилестроении типа пластика:

Молекулярные цепи полимера состоят из практически бесчисленного числа таких кусочков, соединенных в единое целое.

Цепочки молекул полипропилена

По происхождению все полимеры делят на синтетичес­кие и природные . Природные полимеры составляют основу всех животных и растительных организмов. К ним относят полисахариды (целлюлоза, крахмал), белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук и другие вещества.

Хотя модифицированные природные полимеры и находят промышленное применение, большинство пластмасс являются синтетическими.

Синтетические полимеры получают в процессе химического синтеза из соответствующих мо­номеров.

В качестве исходного сырья обычно применяются нефть, природный газ или уголь. В результате химической реакции полимеризации (или поликонденсации) множество «маленьких» мономеров исходного вещества соединяются между собой, будто бусины на ниточке, в «огромные» молекулы полимера, который затем формуют, отливают, прессуют или прядут в готовое изделие.

Так, например, из горючего газа пропилена получают пластик полипропилен, из которого делают бамперы:

Теперь вы наверное догадались, откуда берутся названия пластмасс. К названию мономера добавляется приставка «поли-» («много»): этилен → полиэтилен , пропилен → полипропилен , винилхлорид → поливинилхлорид и т.д.

Международные краткие обозначения пластмасс являются аббревиатурами их химических наименований. Например, поливинилхлорид обозначают как PVC (Polyvinyl chloride), полиэтилен — PE (Polyethylene), полипропилен — PP (Polypropylene).

Кроме полимера (его еще называют связующим) в состав пластмасс могут входить различные наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители и другие вещества, обеспечивающие пластмассе те или иные технологические и потребительские свойства, например текучесть, пластичность, плотность, прочность, долговечность и т.д.

Виды пластмасс

Пластмассы классифицируют по разным критериям: химическому составу, жирности, жесткости. Но главным критерием, который объясняет природу полимера, является характер поведения пластика при нагревании. По этому признаку все пластики делятся на три основные группы:

• термопласты;
• реактопласты;
• эластомеры.

Принадлежность к той или иной группе определяют форма, величина и расположение макромолекул, наряду с химическим составом.

Термопласты (термопластичные полимеры, пластомеры)

Термопласты — это пластмассы, которые при нагреве плавятся, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние.

Эти пластмассы состоят из линейных или слегка разветвленных молекулярных цепей. При невысоких температурах молекулы располагаются плотно друг возле друга и почти не двигаются, поэтому в этих условиях пластмасса твердая и хрупкая. При небольшом повышении температуры молекулы начинают двигаться, связь между ними ослабевает и пластмасса становится пластичной. Если нагревать пластмассу еще больше, межмолекулярные связи становятся еще слабее и молекулы начинают скользить относительно друг друга — материал переходит в эластичное, вязкотекучее состояние. При понижении температуры и охлаждении весь процесс идет в обратном порядке.

Если не допускать перегрева, при котором цепи молекул распадаются и материал разлагается, процесс нагревания и охлаждения можно повторять сколько угодно раз.

Это особенность термопластов многократно размягчаться позволяет неоднократно перерабатывать эти пластмассы в те или иные изделия. То есть теоретически, из нескольких тысяч стаканчиков из-под йогурта можно изготовить одно крыло. С точки зрения защиты окружающей среды это очень важно, поскольку последующая переработка или утилизация — большая проблема полимеров. Попав в почву, изделия из пластика разлагаются в течение 100–400 лет!

Кроме того, благодаря этим свойствам термопласты хорошо поддаются сварке и пайке. Трещины, изломы и деформации можно легко устранить посредством теплового воздействия.

Большинство полимеров, применяемых в автомобилестроении, являются именно термопластами. Используются они для производства различных деталей интерьера и экстерьера автомобиля: панелей, каркасов, бамперов, решеток радиатора, корпусов фонарей и наружных зеркал, колпаков колес и т.д.

К термопластам относятся полипропилен (РР), поливинихлорид (PVC), сополимеры акрилонитрила, бутадиена и стирола (ABS), полистирол (PS), поливинилацетат (PVA), полиэтилен (РЕ), полиметилметакрилат (оргстекло) (РММА), полиамид (РА), поликарбонат (PC), полиоксиметилен (РОМ) и другие.

Реактопласты (термореактивные пластмассы, дуропласты)

Если для термопластов процесс размягчения и отверждения можно повторять многократно, то реактопласты после однократного нагревания (при формовании изделия) переходят в нерастворимое твердое состояние, и при повторном нагревании уже не размягчаются. Происходит необратимое отверждение.

В начальном состоянии реактопласты имеют линейную структуру макромолекул, но при нагревании во время производства формового изделия макромолекулы «сшиваются», создавая сетчатую пространственную структуру. Именно благодаря такой структуре тесно сцепленных, «сшитых» молекул, материал получается твердым и неэластичным, и теряет способность повторно переходить в вязкотекучее состояние.

Из-за этой особенности термореактивные пластмассы не могут подвергаться повторной переработке. Также их нельзя сваривать и формовать в нагретом состоянии — при перегреве молекулярные цепочки распадаются и материал разрушается.

Эти материалы являются достаточно термостойкими, поэтому их используют, например, для производства деталей картера в подкапотном пространстве. Из армированных (например стекловолокном) реактопластов производят крупногабаритные наружные кузовные детали (капоты, крылья, крышки багажников).

К группе реактопластов относятся материалы на основе фенол-формальдегидных (PF), карбамидо-формальдегидных (UF), эпоксидных (EP) и полиэфирных смол.

Эластомеры — это пластмассы с высокоэластичными свойствами. При силовом воздействии они проявляют гибкость, а после снятия напряжения возвращают исходную форму. От прочих эластичных пластмасс эластомеры отличаются способностью сохранять свою эластичность в большом температурном диапазоне. Так, например, силиконовый каучук остается упругим в диапазоне температур от -60 до +250 °С.

Эластомеры, так же как и реактопласты, состоят из пространственно-сетчатых макромолекул. Только в отличие от реактопластов, макромолекулы эластомеров расположены более широко. Именно такое размещение обуславливает их упругие свойства.

В силу своего сетчатого строения эластомеры неплавки и нерастворимы, как и реактопласты, но набухают (реактопласты не набухают).

К группе эластомеров относятся различные каучуки, полиуретан и силиконы. В автомобилестроении их используют преимущественно для изготовления шин, уплотнителей, спойлеров и т.д.

В автомобилестроении используются все три типа пластиков. Также выпускаются смеси из всех трех видов полимеров — так называемые «бленды» (blends), свойства которых зависят от соотношения смеси и вида компонентов.

Определение типа пластика. Маркировка

Любой ремонт пластиковой детали должен начинаться с идентификации типа пластмассы, из которой изготовлена деталь. Если в прошлом это давалось не всегда просто, то сейчас «опознать» пластик легко — все детали, как правило, маркируются.

Обозначение типа пластмассы производители обычно выштамповывают с внутренней стороны детали, будь то бампер или крышка мобильного телефона. Тип пластика, как правило, заключен в характерные скобки и может выглядеть следующим образом: >PP/EPDM<, >PUR<, .

Контрольное задание : снимите крышку своего мобильного телефона и посмотрите из какого типа пластмассы он сделан. Чаще всего это >PC<.

Вариантов подобных аббревиатур может быть множество. Все рассмотреть мы не сможем (да и нет в том необходимости), поэтому остановимся на нескольких наиболее распространенных в автомобилестроении типах пластмасс.

Примеры наиболее распространенных в автомобилестроении типов пластика

Полипропилен — РР, модифицированный полипропилен — PP/EPDM

Самый распространенный в автомобилестроении тип пластика. В большинстве случаев при ремонте поврежденных или окраске новых деталей нам придется иметь дело именно с различными модификациями полипропилена.

Полипропилен обладает, пожалуй, совокупностью всех преимуществ, какими только могут обладать пластмассы: низкой плотностью (0,90 г/см³ — наименьшее значение для всех пластмасс), высокой механической прочностью, химической стойкостью (устойчив к разбавленным кислотам и большинству щелочей, моющим средствам, маслам, растворителям), термостойкостью (начинает размягчаться при 140°C, температура плавления 175°C). Он почти не подвергается коррозионному растрескиванию, обладает хорошей способностью к восстановлению. Кроме того, полипропилен является экологически чистым материалом.

Характеристики полипропилена дают повод считать его идеальным материалом для автомобильной промышленности. За свои столь ценные свойства он даже получил титул «короля пластмасс».

На основе полипропилена изготовлены практически все бампера, также этот материал используется при изготовлении спойлеров, деталей салона, приборных панелей, расширительных бачков, решеток радиатора, воздуховодов, корпусов и крышек аккумуляторных батарей и т.д. В быту даже чемоданы изготавливаются из полипропилена.

При литье большинства вышеперечисленных деталей используется не чистый полипропилен, а его различные модификации.

«Чистый» немодифицированный полипропилен очень чувствителен к ультрафиолетовому излучению и кислороду, он быстро теряет свои свойства и становится хрупким при эксплуатации. По этой же причине нанесенные на него лакокрасочные покрытия не могут иметь долговечной адгезии.

Введенные же в полипропилен добавки — чаще в виде резины и талька — значительно улучшают его свойства и дают возможность его окрашивать.

Окрашиванию поддается только модифицированный полипропилен. На «чистом» полипропилене адгезия будет очень слабой! Из чистого полипропилена >РР< изготавливают бачки омывателей, расширительные емкости, одноразовую посуду, стаканчики и т.д.

Любые модификации полипропилена, какой бы длинной не была аббревиатура его маркировки, первыми двумя буквами обозначен все равно, как >РР…<. Наиболее распространенный продукт этих модификаций — >PP/EPDM< (сополимер полипропилена и этиленпропиленового каучука).

ABS (сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола)

ABS — эластичный, но в тоже время ударопрочный пластик. За эластичность отвечает составляющая каучука (бутадиена), за прочность — акрилонитрил. Этот пластик чувствителен к ультрафиолетовому излучению — под его воздействием пластик быстро стареет. Поэтому изделия из ABS нельзя долго держать на свету и нужно обязательно окрашивать.

Чаще всего используется для производства корпусов фонарей и наружных зеркал, решеток радиатора, облицовки приборной панели, обивки дверей, колпаков колес, задних спойлеров и т. п.

Поликарбонат — PC

Один из наиболее ударопрочных термопластов. Чтобы понять, насколько прочен поликарбонат, достаточно того факта, что это материал используется при изготовлении пуленепробиваемых банковских стоек.

Помимо прочности поликарбонаты характеризуются легкостью, стойкостью к световому старению и перепадам температур, пожаробезопасностью (это трудно воспламеняющийся самозатухающий материал).

К сожалению, поликарбонаты достаточно чувствительны к воздействию растворителей и имеют склонность к растрескиванию под воздействием внутренних напряжений.

Не подходящие агрессивные растворители могут серьезно ухудшать прочностные характеристики пластика, поэтому при покраске деталей, где прочность имеет первостепенное значение (например мотоциклетного шлема из поликарбоната) нужно быть особенно внимательными и четко следовать рекомендациям производителя, а иногда даже принципиально отказываться от окрашивания. Зато спойлеры, решетки радиатора и панели бамперов из поликарбоната можно красить без проблем.

Полиамиды — PA

Полиамиды — жесткие, прочные и при этом эластичные материалы. Детали из полиамида выдерживают нагрузки, близкие к нагрузкам, допустимым для цветных металлов и сплавов. Полиамид обладает высокой стойкостью к износу, химической устойчивостью. Он почти невосприимчив к большинству органических растворителей.

Чаще всего полиамиды используют для производства съемных автомобильных колпаков, различных втулок и вкладышей, хомутов трубок, языков замка дверей и защелок.

Полиуретан — PU, PUR

До широкого внедрения в производство полипропилена, полиуретан был самым популярным материалом для изготовления различных эластичных деталей автомобиля: рулевых колес, грязезащитных чехлов, покрытия для педалей, мягких дверных ручек, спойлеров и т.д.

У многих этот тип пластика ассоциируется с маркой Mercedes. Бамперы, боковые накладки дверц, порогов практически на всех моделях изготавливались до недавнего времени из полиуретана.

Производство деталей из этого типа пластмассы требует менее сложного оборудования чем для полипропиленовых. В настоящее время многие частные компании, как за рубежом, так и в странах бывшего Союза предпочитают работать именно с этим типом пластика для изготовления всевозможных деталей для тюнинга автомобилей.

Стеклопластики — SMC, BMC, UP-GF

Стеклопластики являются одним из важнейших представителей так называемых «армированных пластиков». Они изготавливаются на базе эпоксидных или полиэфирных смол (это реактопласты) со стеклотканью в качестве наполнителя.

Высокие физико-механические показатели, а также стойкость к воздействию различных агрессивных сред определили широкое применение этих материалов во многих областях промышленности. Всем известный продукт, используемый в производстве кузовов американских минивэнов.

При изготовлении изделий из стеклопластика возможно применение технологии типа «сэндвич», когда детали состоят из нескольких слоев различных материалов, каждый из которых отвечает определенным требованиям (прочности, химстойкости, абразивоустойчивости).

Легенда о неизвестном пластике

Вот мы держим в руках пластиковую деталь, не имеющую на себе никаких опознавательных знаков, никакой маркировки. Но нам позарез нужно выяснить ее химический состав или хотя бы тип — термопласт это или реактопласт.

Потому что, если речь идет, например, о сварке, то она возможна лишь с термопластами (для ремонта термореактивных пластмасс применяются клеевые композиции). Кроме того, свариваться могут только одноименные материалы, разнородные просто не взаимодействуют. В связи с этим возникает необходимость идентифицировать пластик «no name», чтобы правильно подобрать ту же сварочную присадку.

Идентификация типа пластика — задача непростая. Анализ пластмасс производится в лабораториях по различным показателям: по спектрограмме сгорания, реакции на различные реактивы, запаху, температуре плавления и так далее.

Тем не менее, существует несколько простейших тестов, позволяющих определить приблизительный химический состав пластика и отнести его к той или иной группе полимеров. Один из таких — анализ поведения образца пластика в открытом источнике огня.

Для теста нам понадобится проветриваемое помещение и зажигалка (или спички), с помощью которой нужно осторожно поджечь кусочек испытуемого материала. Если материал плавится, значит мы имеем дело с термопластом, если не плавится — перед нами реактопласт.

Теперь убираем пламя. Если пластик продолжает гореть, то это может быть ABS-пластик, полиэтилен, полипропилен, полистирол, оргстекло или полиуретан. Если гаснет — скорее всего это поливинилхлорид, поликарбонат или полиамид.

Далее анализируем цвет пламени и запах, образующийся при горении. Например, полипропилен горит ярким синеватым пламенем, а его дым имеет острый и сладковатый запах, похожий на запах сургуча или жженной резины. Слабым синеватым пламенем горит полиэтилен, а при затухании пламени чувствуется запах горящей свечи. Полистирол горит ярко, и при этом сильно коптит, а пахнет довольно приятно — у него сладковатый цветочный запах. Поливинилхлорид, наоборот, пахнет неприятно — хлором или соляной кислотой, а полиамид — горелой шерстью.

Кое-что о типе пластика может сказать и его внешний вид. Например, если на детали наблюдаются явные следы сварки, то оно наверняка изготовлено из термопласта, а если имеются следы снятых наждаком заусенцев, значит это термореактивная пластмасса.

Также можно провести тест на твердость: попробовать срезать небольшой кусочек пластмассы ножом или лезвием. С термопласта (он более мягкий) стружка будет сниматься, а вот реактопласт будет крошиться.

Или еще один способ: погружение пластика в воду. Этот метод позволяет довольно просто определить пластики, входящие в группу полиолефинов (полиэтилен, полипропилен и др.). Эти пластмассы будут плавать на поверхности воды, так как их плотность почти всегда меньше единицы. Другие полимеры имеют плотность больше единицы, поэтому они будут тонуть.

Эти и другие признаки, по которым можно определить тип пластика, представлены ниже в виде таблицы.

P.S. В мы уделим внимание вопросам подготовки и покраски пластиковых деталей.

Бонусы

Полноразмерные версии изображений откроются в новом окне при нажатии на картинку!

Расшифровка обозначения пластмасс

Обозначения наиболее распространенных пластиков

Классификация пластиков в зависимости от жесткости

Основные модификации полипропилена и области их применения в автомобиле

Методы определения типа пластмассы

Различные предоставляют широкие возможности для создания определенных конструкций и деталей. Неслучайно подобные элементы применяются в самых разных сферах: от машиностроения и радиотехники до медицины и сельского хозяйства. Трубы, комплектующие для машин, корпусы для приборов и бытовые изделия - лишь немалый список того, что можно создать из пластмассы.

Основные разновидности

Виды пластмасс и их применение базируются на том, какие полимеры лежат в основе - природные или синтетические. Их подвергают нагреванию, давлению, после чего выполняют формовку изделий разной сложности. Главное, что при этих манипуляциях сохраняется форма готового изделия. Все пластмассы бывают термопластичными, то есть обратимыми, и термореактивными (необратимыми).

Обратимые становятся пластичными под воздействием нагревания и дальнейшего давления, при этом коренные изменения в составе не происходят. Опрессованное и уже ставшее твердым изделие всегда можно размягчить и придать ему определенную форму. Известны такие виды пластмасс (термопластичных), как полиэтилен и полистирол. Первый отличается стойкостью к коррозии и диэлектрическими свойствами. На его основе производятся трубы, пленки, листы, он широко применяется в качестве изоляционного материала.

От стирола к полистиролу

В результате полимеризации стирола получают полистирол. Из него в дальнейшем создают разные детали на основе литья или прессования. Такие виды пластмасс широко используются для производства крупногабаритных деталей и изделий, например, элементов для холодильников или ванных комнат. Среди термореактивных пластмасс чаще всего используются пресспорошки, волокниты, которые можно в дальнейшем переработать для получения различных деталей.

Пластмасса - очень удобный в работе материал, на основе которого можно создавать множество товаров. В зависимости от термических свойств выделяются следующие виды переработки пластмасс:

1. Прессование. Это самый популярный способ получения изделий из термоактивных материалов. Формование выполняется в специальных формах под воздействием высоких температур и давления.
2. Литье под давлением. Этот способ дает возможность создать изделия разной формы. Для этого специальные емкости заполняются расплавленной пластмассой. Сам процесс отличается высокой производительностью и экономичностью.
3. Экструзия. Посредством такой переработки получают многие виды изделий из пластмассы, например, трубы, нити, шнуры, пленки разного назначения.
4. Выдувание. Этот способ - идеальная возможность создания изделий объемной формы, которые будут иметь шов на месте смыкания пресс-формы.
5. Штампование. Этим способом создаются изделия из листов пластмассы и пластин с применением специальных форм.

Особенности полимеризации

Пластмассу можно получить полимеризацией и поликонденсацией. В первом случае молекулы мономеров связываются, образуя полимерные цепи без высвобождения воды и спирта, во втором - образуются побочные вещества, не связанные с полимером. Различные методы и виды полимеризации пластмассы позволяют получить составы, которые отличаются исходными свойствами. Важную роль в этом процессе играют правильная температура и теплота реакции, чтобы формовочная масса полимеризировалась правильно. При полимеризации важно обращать внимание на остаточный мономер - чем его меньше, тем надежнее и дольше в эксплуатации будет пластмасса.

Пористость

Если были нарушены режимы полимеризации, это может привести к дефектам готовых изделий. В них появятся пузырьки, разводы и повышенное внутреннее напряжение. Существуют различные виды пористости пластмассы:

1. Газовая. Она появляется вследствие того, что нарушается режим полимеризации, и перекись бензоила закипает. Если газовые поры образуются в толщине протеза, то его требуется переделать.
2. Гранулярная пористость возникает из-за избытка полимерного порошка, испарения мономера с поверхности материала или недостаточно качественного перемешивания пластмассового состава.
3. Пористость сжатия. Возникает из-за уменьшения объема полимеризующейся массы под воздействием недостаточного давления или нехватки формовочной массы.

Что учесть?

Следует знать о том, какие виды пористости пластмассы бывают, и не допускать дефектов в конечном изделии. Нужно обратить внимание и на мелкую пористость на поверхности протеза. Такое случается из-за слишком большого количества мономера, причем пористость не подвергается шлифовке. Если во время работы с пластмассой образуется внутреннее остаточное напряжение, изделие будет растрескиваться. Такая ситуация возникает вследствие нарушения режима полимеризации, когда объект слишком долго находится в кипящей воде.

В любом случае ухудшение механических свойств полимерных материалов в итоге приводит к их старению, а потому технологию производства нужно соблюдать целиком и полностью.

Базисные пластмассы - что это?

Рассматриваемый материал широко применяется при изготовлении базисов съемных пластиночных протезов. Самые популярные виды базисных пластмасс имеют синтетическую основу. Масса для базисов, как правило, это сочетание порошка и жидкости. При их смешивании создается формовочная масса, которая твердеет при нагревании или самопроизвольно. В зависимости от этого получается материал горячего отверждения или самотвердеющий. К базисным пластмассам горячей полимеризации относятся:

• этакрил (АКР-15);
• акрел;
• фторакс;
• акронил.

Материалами для создания съемных протезов являются эластичные пластмассы, которые нужны как мягкие амортизирующие прокладки для базисов. Они должны быть безопасными для организма, прочно соединяться с базисом протеза, сохранять эластичность и постоянный объем. Среди таких пластмасс внимания заслуживают эладент, который является подкладкой для базисов съемных протезов, и ортоксил, который получают на основе силоксановой смолы.

Строительные материалы

Основные виды пластмасс применяются в разных областях строительства в зависимости от состава. К самым популярным материалам относятся следующие:

1. Полимербетоны. Это композиционная пластмасса, которая создается на основе термореактивных полимеров. Самыми лучшими с точки зрения физико-механических свойств считаются полимербетоны на основе эпоксидных смол. Хрупкость материала компенсируется волокнистыми наполнителями - асбестом, стекловолокном. Полимербетоны используются при создании конструкций, стойких к химическим веществам.
2. Стеклопластики - это современные виды строительных пластмасс, которые представляют собой листовые материалы из стеклянных волокон, тканей, связываемых полимером. Стеклопластик создается на основе ориентированных или рубленых волокон, а также тканей или матов.
3. Напольные материалы. Они представлены разными видами рулонных покрытий и жидковязовых составов на основе полимеров. В строительстве широко применяется линолеум на основе поливинилхлорида, обладающий хорошими показателями теплозвукоизоляции. Бесшовный мастичный пол можно создать на основе смеси сырья с олигомерами.

Пластмасса и ее маркировка

Существует 5 видов пластмасс, которые имеют свое обозначение:

1. Полиэтилентерефталат (имеет буквенную маркировку PETE или PET). Отличается экономичностью и широкой сферой применения: используется для хранения различных напитков, масел, косметики.
2. Полиэтилен высокой плотности (маркируется как HDPE или PE HD). Материал отличается экономичностью, легкостью, стойкостью к температурным перепадам. Применяется для изготовления одноразовой посуды, контейнеров для хранения пищевых продуктов, сумок, игрушек.
3. Поливинилхлорид (маркируется как PVC или V). Из этого материала создаются оконные профили, детали мебели, пленка для натяжного потолка, трубы, напольные покрытия и многое другое. Из-за содержания бисфенола А, винилхлорида, фталатов поливинилхлорида не используется при производстве продукции (контейнеров, посуды и т. п.) для хранения пищи.
4. Полиэтилен (маркировка LDPE или PEBD). Этот дешевый материал используется при производстве пакетов, мусорных мешков, линолеума и компакт-дисков.
5. Полипропилен (имеет буквенную маркировку PP). Отличается прочностью, термостойкостью, годится для производства пищевых контейнеров, упаковки для продуктов питания, игрушек, шприцов.

Популярные виды пластмасс - полистирол и поликарбонат. Они нашли широкое применение в самых разных отраслях.

Сферы применения

Различные виды пластмасс находят применение в самых разных отраслях. При этом требования к ним примерно одинаковые - простота в работе и безопасность. Рассмотрим подробнее виды термопластичных пластмасс и сферы их применения.

Термореактивные виды пластмасс (таблица)

Вместо заключения

В представленной статье мы рассмотрели виды пластмасс и их применение. При использовании таких материалов учитывается много факторов, начиная от физико-механических свойств и заканчивая особенностями работы. При всей своей экономичности пластмасса обладает достаточным уровнем безопасности, что существенно расширяет сферу ее применения.

Проблемы никотиновой зависимости, наркомании, алкоголизма, распространения ВИЧ инфекции и резкого увеличения смертности от сердечно-сосудистых заболеваний действительно существуют, о них много говорят и пишут. Вместе с этим, почти незамеченными остаются две другие важнейшие проблемы: отравление нас и наших детей пластмассами и лекарственными препаратами. О лекарствах для детей мы писали в прошлой статье, а теперь пришло время рассказать о пластмассах.

Одноразовая посуда, пластиковые контейнеры для продуктов, бутылочки, игрушки, пластиковый чайник, пластиковые пакеты - со всеми этими и многими другими изделиями из пластика регулярно контактируем мы и наши дети. Пластик стал частью нашей жизни, и мы с каждым годом всё меньше и меньше задумываемся о его вредном воздействии на здоровье. Ну, разве что купили новый чайник, а вода из него пахнет чем-то химическим - это повод для раздумий, если не пахнет, то даже задумываться ни о чём не будем.

Давно ли вы делали ремонт в квартире, хотя бы небольшой? Наверняка многие из вас радуются новеньким пластиковым окнам, новому ламинату, линолеуму, ковролину, виниловым обоям или натяжным потолкам. Поздравляю, вполне возможно, что в ближайшее время ваша квартира непригодна для жилья и больше напоминает газовую камеру.

Продавцы в продуктовых магазинах, магазинах бытовой техники или в строительных магазинах будут уверять вас в абсолютной безопасности продаваемой ими продукции. Подавляющее большинство из них даже не представляют о чём говорят, а те, кто знает, спокойно врут в глаза, понимая, что последствия их лжи проявятся через годы.

Пластмасса - собирательный термин широкого круга синтетических или полусинтетических материалов использующихся в изготовлении продуктов промышленного производства. Производство изделий из пластмассы отличается простотой и низкой себестоимостью, при этом свойства этого материала позволяют находить ему обширное применение.

Как узнать насколько опасна пластмасса?

На каждом изделии из пластмассы производитель обязан указать материал из которого она сделана. Подавляющее число производителей честно ставят маркировку. Если маркировки нет, то пластик однозначно опасен для здоровья. Существует 7 видов маркировок:

Как видите, отличаются они только цифрами, каждая из которых соответствует определенному полимеру из которого этот пластик и сделан. Под этими треугольничками могут содержаться дополнительные буквенные обозначения. Некоторые производители ставят дополнительные маркировки, например, такую:

Эта маркировка означает, что данный пластик безопасен для пищевого применения. Впрочем, он не обязателен и без него можно вполне обойтись. Важнее всего, запомнить что обозначают цифры, но сначала небольшая справка по некоторым опасным веществам:

1. Фталаты - соли и эфиры фталевой (ортофталевой) кислоты. Токсичны, способны вызывать серьезные болезни нервной и сердечно-сосудистой системы. Есть основания считать, что фталаты обладают канцерогенным эффектом и могут вызывать рак. Запрещен в Европе и США для изготовления детских игрушек.
2. Формальдегиды - метаналь или муравьиный альдегид. Токсичен, поражает нервную и дыхательную систему, негативно действует на половую систему и способен вызывать генетические нарушения у потомства. Канцероген.
3. Стиролы - фенилэтилен, винилбензол. Слабо токсичен, поражает слизистые оболочки. Обладает канцерогенными свойствами, может выступать как химический эстроген, что отрицательно скажется на репродуктивных функциях.
4. Винилхлорид - органическое вещество, являющееся простейшей хлорпроизводной этилена. Токсичен, поражает центральную нервную систему, костную систему, мозг, сердце, печень, вызывает системные поражения соединительной ткани, уничтожает иммунную систему. Оказывает канцерогенное, мутагенное и тератогенное (вызывает пороки развития у эмбрионов) действие.
5. Бисфенол А - дифинилпропан. Обладает схожестью с эстрогенами, вызывает болезни мозга, нарушает работу репродуктивной системы, вызывает онкологические заболевания, приводит к мужскому и женскому бесплодию, угнетает функции эндокринной системы, приводит к нарушению развития головного мозга у детей, развитию сердечно-сосудистых патологий.

Все эти вещества являются вспомогательными, они содержатся в том или ином типе пластмассы и благодаря им достигаются нужные потребительские свойства (эластичность, твёрдость, термостойкость и т.д.). Сама пластмасса спокойно пройдет через желудочно-кишечный тракт не причинив вреда (разве только оказав механическое воздействие), а вот вспомогательные вещества опасны. Еще нужно понимать, что конечный продукт может быть не токсичным, но на нём могут содержаться остатки токсичного сырья из которого он был изготовлен.

Виды пластмасс и их маркировка

Номер 1 - полиэтилентерефталат. Буквенная маркировка PETE или PET.

Дешевый, благодаря чему встречается практически повсеместно. В нём содержатся большинство напитков, растительных масел, кетчупов, специй, косметических средств.

Безопасность. Подходит ТОЛЬКО для однократного применения. При повтором применении могут выделяться фталаты.

Номер 2 - полиэтилен высокой плотности. Буквенная маркировка HDPE или PE HD.

Дешевый, легкий, устойчивый к температурным воздействиям (диапазон от -80 до +110 градусов С). Из него изготавливается одноразовая посуда, контейнеры для пищевых продуктов, бутылки для косметических средств, фасовочные пакеты, сумки, игрушки.

Безопасность. Считается относительно безопасным, хотя из него может выделяться формальдегид.

Номер 3 - поливинилхлорид. Буквенная маркировка PVC или V.

Это тот самый ПВХ из которого делают оконные профили, элементы мебели, пленки для натяжных потолков, трубы, скатерти, занавески, напольные покрытия, тара для технических жидкостей.

Безопасность. Запрещен для пищевого применения. В нём содержатся бисфенол А, винилхлорид, фталаты, а так же могут содержаться ртуть и/или кадмий. Нам бы хотелось сказать, что нужно покупать дорогие оконные профили, дорогие натяжные потолки, дорогой ламинат и это сделает вашу жизнь безопасной, но это будет неправдой. Высокая стоимость продукции не даёт никаких гарантий.

Номер 4 - полиэтилен низкой плотности. Буквенная маркировка LDPE или PEBD.

Дешевый и распространенный материал из которого изготавливают большинство пакетов, мусорных мешков, компакт-дисков, линолеумов.

Безопасность. Относительно безопасен для пищевого применения, в редких случаях может выделять формальдегид. Полиэтиленовые пакеты не столь опасны для здоровья человека, сколь опасны для экологии планеты.

Номер 5 - полипропилен. Буквенная маркировка PP.

Прочный и термостойкий пластик из которого изготавливаются пищевые контейнеры, упаковки для продуктов питания, шприцы, игрушки.

Безопасность. Довольно безопасен, но при определенных условиях может выделять формальдегид.

Номер 6 - полистирол. Буквенная маркировка PS.

Дешевый и простой в производстве пластик, из которого сделана почти вся одноразовая посуда, стаканчики для йогурта, лоточки под мясо, фрукты и овощи (они делаются из вспененного полисторола, т.е. пенополистерола), контейнеры для еды, игрушки, сэндвич панели, теплоизоляционные плиты.

Безопасность. Может выделять стирол, поэтому одноразовая посуда и называется одноразовой.

Номер 7 - поликарбонат, полиамид и другие виды пластмасс. Буквенная маркировка O или OTHER.

В данную группу входят пластмассы не получившие отдельный номер. Из них изготавливаются бутылочки для детей, игрушки, бутылки для воды, упаковки.

Безопасность. Содержат Бисфенол А, точнее некоторые из них содержат, а некоторые пластмассы из этой группы, наоборот, отличаются повышенной экологической чистотой.

Заключение

Человечество так сильно стало зависимо от пластмасс, что отказаться от их применения хотя бы в пищевой промышленности оказывается невозможно. Прочитайте еще раз характеристику Бисфенола А, а затем вдумайтесь: почти 100% всех бутылочек с соской для искусственного вскармливания детей изготовлены из пластмасс содержащих Бисфенол А. Буквально в ноябре 2010 года Еврокомиссия запретила продавать бутылочки для кормления при изготовлении которых использовался Бисфенол А, значит можно с уверенностью ожидать наводнение ими нашего рынка и понижению цен на них. Так что это будет еще одним весомым доводом в пользу грудного вскармливания .

Сделайте всё возможное, чтобы свести к минимуму контакты с пластмассами. Это не значит, что от пластика нужно теперь шарахаться, просто подходить к его использованию теперь, когда вы знаете о нём значительно больше, нужно с умом. Проведите ревизию пластмассовых контейнеров и избавьтесь от всех, кроме изделий из полипропилена (цифра 5 или маркировка PP), а еще лучше - отдайте предпочтение изделиям из стекла, дерева, металла. Вполне возможно экономные хозяйки сохраняли пластиковые контейнеры из под мороженного или варенья, из какой пластмассы они сделаны?

Внимательно относитесь к игрушкам из пластмассы, особенно для маленьких детей. Убедитесь, что продукция имеет сертификаты соответствия гигиеническим нормам.

Если сделали ремонт с применением изделий из пластмассы, то на протяжении нескольких недель в этой квартире лучше не жить и приходить лишь затем, чтобы тщательно проветрить помещение.

Покупая очередное изделие из пластмассы, возьмите за правило понюхать его. Это просто и займёт буквально секунду, которой будет достаточно для того, чтобы уловить неприятный запах. Его отсутствие не означает безопасность, но если он есть, то от покупки даже простой расчески для волос следует отказаться.

Каждый может защитить своё здоровье и здоровье своих детей, в конце концов, это не так уж и сложно.

В наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Состав и свойства

Получение пластмасс

Пластмассы - это материалы, полученные на основе синтетических или естественных полимеров (смол). Синтезируются полимеры путем полимеризации или поликонденсации мономеров в присутствии катализаторов при строго определенных температурных режимах и давлениях.

В полимер с различной целью могут вводиться наполнители, стабилизаторы, пигменты, могут составляться композиции с добавкой органических и неорганических волокон, сеток и тканей.

Таким образом, пластмассы в большинстве случаев являются многокомпонентными смесями и композиционными материалами, у которых технологические свойства, в том числе и свариваемость, в основном определяются свойствами полимера.

В зависимости от поведения полимера при нагревании различают два вида пластмасс - термопласты, материалы, которые могут многократно нагреваться и переходить при этом из твердого в вязко-текучее состояние, и реактопласты, которые могут претерпевать этот процесс лишь однократно.

Особенности строения

Пластмассы (полимеры) состоят из макромолекул, в которых более или менее регулярно чередуется большое число одинаковых или неодинаковых атомных группировок, соединенных химическими связями в длинные цепи, по форме которых различают линейные полимеры, разветвленные и сетчато-пространственные.

По составу макромолекул полимеры делятся на три класса:

1) карбоцепные, основные цепи которых построены только из углеродных атомов;

2) гетероцепные, в основных цепях которых, кроме атомов углерода, содержатся атомы кислорода, азота, серы;

3) элементоорганические полимеры, содержащие в основных цепях атомы кремния, бора, алюминия, титана и других элементов.

Макромолекулы обладают гибкостью и способны изменять форму под влиянием теплового движения их звеньев или электрического поля. Это свойство связано с внутренним вращением отдельных частей молекулы относительно друг друга. Не перемещаясь в пространстве, каждая макромолекула находится в непрерывном движении, которое выражается в смене ее конформаций.

Гибкость макромолекул характеризует величина сегмента, т. е. число звеньев в ней, которые в условиях данного конкретного воздействия на полимер проявляют себя как кинетически самостоятельные единицы, например в поле ТВЧ как диполи. По реакции к внешним электрическим полям различают полярные (ПЭ, ПП) и неполярные (ПВХ, полиаксилонитрил) полимеры. Между макромолекулами действуют силы притяжения, вызванные ван-дер-ваальсовым взаимодействием, а также водородными связями, ионным взаимодействием. Силы притяжения проявляются при сближении макромолекул на 0,3-0,4 им.

Полярные и неполярные полимеры (пластмассы) между собой несовместимы - между их макромолекулами не возникает взаимодействия (притяжения), т. е. они между собой не свариваются.

Надмолекулярная структура, ориентация

По структуре различают два вида пластмасс - кристаллические и аморфные. В кристаллических в отличие от аморфных наблюдается не только ближний, но и дальний порядок. При переходе из вязко-текучего состояния в твердое макромолекулы кристаллических полимеров образуют упорядоченные ассоциации-кристаллиты преимущественно в виде сферолитов (рис. 37.1). Чем меньше скорость охлаждения расплава термопласта, тем крупнее вырастают сферолиты. Однако и в кристаллических полимерах всегда остаются аморфные участки. Изменяя скорость охлаждения, можно регулировать структуру, а следовательно, и свойства сварного соединения.

Резкое различие продольных и поперечных размеров макромолекул приводит к возможности существования специфического для полимеров ориентированного состояния. Оно характеризуется расположением осей цепных макромолекул преимущественно вдоль одного направления, что приводит к проявлению анизотропии свойств изделия из пластмассы. Получение ориентированных пластмасс осуществляется путем их одноосной (5-10-кратной) вытяжки при комнатной или повышенной температуре. Однако при нагреве (в том числе и при сварке) эффект ориентации снижается или исчезает, так как макромолекулы вновь принимают термодинамически наиболее вероятные конфигурации (конформации) благодаря энтропийной упругости, обусловленной движением сегментов.

Реакция пластмасс на термомеханический цикл

Все конструкционные термопласты при нормальных температурах находятся в твердом состоянии (кристаллическом или застеклованном). Выше температуры стеклования (Т ст) аморфные пластмассы переходят в эластическое (резиноподобное) состояние. При дальнейшем нагреве выше температуры плавления (T пл) кристаллические полимеры переходят в аморфное состояние. Выше температуры текучести Т T и кристаллические, и аморфные пластмассы переходят в вязкотекучее состояние Все эти изменения состояния обычно описываются термомеханическими кривыми (рис. 37.2), являющимися важнейшими технологическими характеристиками пластмасс. Образование сварного соединения происходит в интервале вязкотекучего состояния термопластов. Реактопласты при нагреве выше Т T претерпевают радикальные процессы и в отличие от термопластов образуют пространственные полимерные сетки, не способные к взаимодействию без их разрушения, на что требуется применение специальных химических присадок.

Основные пластмассы для сварных конструкций

Наиболее распространенными конструкционными пластмассами являются группы термопластов на основе полиолефинов: полиэтилена высокого и низкого давления, полипропилена, полиизобутилена.

Полиэтилен [..-СН 2 -СН 2 -...] n высокого и низкого давления - кристаллические термопласты, отличающиеся между собой прочностью, жесткостью, температурой текучести. Полипропилен [-СН 2 -СН(СН 3)-] n более температуростоек, чем полиэтилен, и обладает большей прочностью и жесткостью.

В значительных объемах используются хлорсодержащие пластики на основе полимеров и сополимеров винилхлорида и винилиденхлорида.

Поливинилхлорид (ПВХ) [-(СН 2 -СНСl-)] n - аморфный полимер линейного строения, в исходном состоянии является жестким материалом При добавке к нему пластификатора можно получить очень пластичный и хорошо сваривающийся материал - пластикат. Из жесткого ПВХ - винипласта - изготавливают листы, трубы, прутки, а из пластиката - пленку, шланги и другие изделия. Из ПВХ изготавливаются также вспененные материалы (пенопласты).

Значительную группу полимеров и пластмасс на их основе составляют полиамиды , содержащие в цепи макромолекул амидные группы [-СО-Н-]. Это в большинстве кристаллические термопласты с четко выраженной температурой плавления. Отечественная промышленность выпускает главным образом алифатические полиамиды, используемые для изготовления волокон, отливки деталей машин, получения пленок. К полиамидам относятся, в частности, широко известные поликапролактам и полнамид-66 (капрон).

Наибольшую известность из группы фторлонов получил политетрафтор-этилен-фторлон-4 (фторопласт 4). В отличие от других термопластов при нагреве он не переходит в вязкотекучее состояние даже при температуре деструкции (около 415°С), поэтому его сварка требует особых приемов. В настоящее время химической промышленностью освоен выпуск хорошо сваривающихся плавких фторлонов; Ф-4М, Ф-40, Ф-42 и др. Сварные конструкции из фторсодержащих пластиков обладают исключительно высокой стойкостью к агрессивным средам и могут воспринимать рабочие нагрузки в широком диапазоне температур.

На основе акриловой и метакриловой кислоты производятся акриловые пластики . Наиболее известная в практике производная на их основе - пластмасса полнметилметакрилат (торговая марка «плексиглас»). Эти пластики, обладающие высокой прозрачностью, используются как светопроводящие изделия (в виде листа, прутков и т. д.) Нашли применение также сополимеры метилметакрилата и акрилонитрила, которые обладают большей прочностью и твердостью. Все пластики этой группы хорошо свариваются.

Хорошей прозрачностью отличается группа пластиков на основе полистирола . Этот линейный термопласт хорошо сваривается тепловыми способами.

Для изготовления сварных конструкций преимущественно в электротехнической промышленности используют сополимеры стирола с метилстиролом, акрилонитрилом, метилметакрилатом и, в частности, акрилонитрилбутадиенстирольные (АБС) пластики. Последние отличаются от хрупкого полистирола более высокой ударной прочностью и теплостойкостью.

В сварных конструкциях находят применение пластмассы на основе поликарбонатов - сложных полиэфиров угольной кислоты. Они обладают более высокой вязкостью расплава, чем другие термопласты, однако свариваются удовлетворительно. Из них изготавливают пленки, листы, трубы и различные детали, в том числе декоративные. Характерными особенностями являются высокие диэлектрические и поляризационные свойства.

Формообразование деталей из пластмасс

Термопласты поставляются для переработки в гранулах размером 3-5 мм. Основными технологическими процессами изготовления полуфабрикатов и деталей из них являются: экструзия, литье, прессование, каландрирование, производимые в температурном интервале вязкотекучего состояния.

Трубопроводы из полиэтиленовых и поливинилхлоридных труб применяют для транспорта агрессивных продуктов, в том числе нефти и газа с содержанием сероводорода и углекислоты и химических (неароматических) реагентов в химическом производстве. Резервуары и цистерны для перевозки кислот и щелочей, травильные ванны и другие сосуды облицовываются пластмассовыми листами, соединяемыми с помощью сварки Герметизация пластикатом помещений, загрязняемых изотопами, покрытие полов линолеумом также осуществляются с помощью сварки. Консервация пищевых продуктов в тубы, коробки и банки, упаковка товаров и почтовых посылок резко ускоряются с применением сварки.

Машиностроительные детали . В химическом машиностроении свариваются корпуса и лопатки различного рода смесителей, корпуса и роторы насосов для перекачки агрессивных сред, фильтры, подшипники и прокладки из фторопласта, из полистирола сваривается осветительная арматура, из капрона неэлектропроводные шестерни, валики, муфточки, штоки, из фторлона - несмазывающиеся подшипники, вытеснители топлива и т д.

Оценка свариваемости пластмасс

Основные стадии процесса сварки

Процесс сварки термопластов состоит в активации свариваемых поверхностей деталей, либо находящихся уже в контакте (), либо приводимых в контакт после ( , и т. д.) или одновременно с активизацией ( , УЗ-сварка).

При плотном контакте активированных слоев должны реализоваться силы межмолекулярного взаимодействия.

В процессе образования сварных соединений (при охлаждении) происходит формирование надмолекулярных структур в шве, а также развитие полей собственных напряжений и их релаксация. Эти конкурирующие процессы определяют конечные свойства сварного соединения. Технологическая задача сварки состоит в том, чтобы максимально приблизить по свойствам шов к исходному - основному материалу.

Механизм образования сварных соединений

Реологическая концепция . Согласно реологической концепции, механизм образования сварного соединения включает два этапа - на макроскопическом и микроскопическом уровнях. При сближении под давлением активированных тем или иным способом поверхностей соединяемых деталей вследствие сдвиговых деформаций происходит течение расплава полимера. В результате этого удаляются из зоны контакта ингредиенты, препятствующие сближению и взаимодействию ювенильных макромолекул (эвакуируются газовые, окисленные прослойки). Вследствие разности скоростей течения расплава не исключено и перемешивание макрообъемов расплава в зоне контакта. Только после удаления или разрушения дефектных слоев в зоне контакта, когда ювенильные макромолекулы сблизятся на расстояния действия Ван-дер-Ваальсовых сил, возникает взаимодействие (схватывание) между макромолекулами слоев соединяемых поверхностей деталей. Этот аутогезионный процесс происходит на микроуровне. Он сопровождается взаимодиффузией макромолекул, обусловленной энергетическим потенциалом и неравномерностью градиента температур в зоне свариваемых поверхностей.

Итак, чтобы образовалось сварное соединение двух поверхностей, необходимо прежде всего обеспечить течение расплава в этой зоне.

Течение расплава в зоне сварки зависит от его вязкости: чем меньше вязкость, тем активнее происходят сдвиговые деформации в расплаве - разрушение и удаление дефектных слоев на контактирующих поверхностях, тем меньшее давление необходимо прилагать для соединения деталей.

Вязкость расплава в свою очередь зависит от природы пластмассы (молекулярной массы, разветвленности макромолекул полимера) и температуры нагрева в интервале вязкотекучести. Следовательно, вязкость может служить одним из признаков, определяющих свариваемость пластмассы: чем она меньше в интервале вязкотекучести, тем лучше свариваемость и, наоборот, чем больше вязкость, тем сложнее разрушить и удалить из зоны контакта ингредиенты, препятствующие взаимодействию макромолекул. Однако нагрев для каждого полимера ограничен определенной температурой деструкции Т д, выше которой происходит его разложение - деструкция. Термопласты различаются по граничным значениям температурного интервала вязкотекучести, т. е. между температурой их текучести Т T и деструкции Т д (табл. 37.2).

Классификация термопластов по их свариваемости . Чем шире интервал вязкотекучести термопласта (рис. 37.3), тем практически проще получить качественное сварное соединение, ибо отклонения по температуре в зоне шва отражаются менее на величине вязкости. Наряду с интервалом вязкотекучести и минимальным уровнем в нем значений вязкости заметную роль играет в реологических процессах при образовании шва градиент изменения вязкости в этом интервале. За количественные показатели свариваемости приняты: температурный интервал вязкотекучести ΔT, минимальное значение вязкости η min и градиент изменения вязкости в этом интервале.

По свариваемости все термопластичные пластмассы можно разбить по этим показателям на четыре группы (табл. 37.3).

Сварка термопластичных пластмасс возможна, если материал переходит в состояние вязкого расплава, если его температурный интервал вязкотекучести достаточно широк, а градиент изменения вязкости в этом интервале минимальный, так как взаимодействие макромолекул в зоне контакта происходит по границе, обладающей одинаковой вязкостью.

В общем случае температура сварки назначается, исходя из анализа термомеханической кривой для свариваемой пластмассы, принимаем ее на 10-15° ниже Т д. Давление принимается такое, чтобы эвакуировать расплав поверхностного слоя в грат либо разрушить его, исходя из конкретной глубины проплавления и теплофизических показателей свариваемого материала. Время выдержки t CB определяется исходя из достижения квазистационарного состояния оплавления и проплавления либо по формуле

где t 0 - константа, имеющая размерность времени и зависящая от толщины соединяемого материала и способа нагрева; Q - энергия активации; R - газовая постоянная; Т - температура сварки.

При экспериментальной оценке свариваемости пластмасс фундаментальным показателем является длительная прочность сварного соединения, работающего в конкретных условиях по сравнению с основным материалом.

Испытываются образцы, вырубленные из сварного соединения, на одноосное растяжение. При этом временной фактор моделируется температурой, т. е. используется принцип температурно-временной суперпозиции, основанный на допущении, что при данном напряжении связь между длительной прочностью к температурой однозначна (метод Ларсона-Миллера).

Методы повышения свариваемости

Схемы механизма образования сварных соединений термопластов . Повышение их свариваемости может производиться за счет расширения температурного интервала вязкотекучести, интенсификации удаления ингредиентов или разрушения дефектных слоев в зоне контакта, препятствующих сближению и взаимодействию ювенильных макромолекул.

Возможно несколько путей:

введение в зону контакта присадки в случае недостаточного количества расплава (при сварке армированных пленок), при сварке разнородных термопластов присадка по составу должна обладать сродством к обоим свариваемым материалам;

введение в зону сварки растворителя или более пластифицированной присадки;

принудительное перемешивание расплава в шве путем смещения соединяемых деталей не только вдоль линии осадки, но и возвратно-поступательно поперек шва на 1,5-2 мм или наложением ультразвуковых колебаний. Активизация в зоне контакта перемешивания расплава может производиться после оплавления стыкуемых кромок нагревательным инструментом, имеющим ребристую поверхность. Свойства сварного соединения могут быть улучшены последующей термической обработкой соединения. При этом снимаются не только остаточные напряжения, но возможно исправление структуры в шве и околошовной зоне, особенно у кристаллических полимеров. Многие из изложенных мероприятий приближают свойства сварных соединений к свойствам основного материала.

При сварке ориентированных пластмасс во избежание потери их прочности вследствие переориентации при нагреве до вязко-текучего состояния полимера применяют химическую сварку, т. е. процесс, при котором в зоне контакта реализуются радикальные (химические) связи между макромолекулами. Химическую сварку применяют и при соединении реактопластов, детали из которых не могут переходить при повторном нагреве в вязкотекучее состояние. Для инициирования химических реакций в зону соединения при такой сварке вводят различные реагенты в зависимости от соединяемого вида пластмасс. Процесс химической сварки, как правило, производится при нагреве места сварки.

Волченко В.Н. Сварка и свариваемые материалы т.1. -M. 1991