13.2.2. Физико-механические свойства пластмасс

Свойства пластмасс зависят от многих факторов: химического состава, структуры молекул, типа межмолекулярных связей, степени полимеризации, вида наполнителей и других добавок, количества и чистоты добавок и др.

Достоинствами пластмасс по сравнению с другими конструкционными материалами являются:

• малая плотность;

• высокая удельная прочность σ_в/γ;

• химическая стойкость;

• электроизоляционные свойства;

• теплоизоляционные свойства;

• хорошие клеящие свойства;

• меньшая трудоемкость переработки пластмасс по сравнению с переработкой металлов: изделие и материал создаются одновременно;

• меньшее количество отходов, чем при переработке металлов (коэффициент полезного использования материала не менее 0,9);

• некоторые виды прозрачны, пропускают ультрафиолетовые лучи, обладают звукоизоляцией, поглощают и гасят вибрации и т.д.

• хороший товарный вид;

• как правило, не нужны отделочные операции.

При замене металлических деталей пластмассовыми масса снижается в 5 раз, трудоемкость уменьшается в 4-5 раз, число операций уменьшается в 5-6 раз. Себестоимость снижается в 2-3 раза.

Основные недостатки пластмасс:

• ограниченная теплостойкость: максимальная температура эксплуатации термопластов -250 °С (фторопласт-4), а термореактивных пластмасс - около 400 °С (стеклотекстолит);

• малая жесткость и вязкость;

• ползучесть (увеличение деформации при действии постоянной нагрузки даже при комнатной температуре)

• склонность к старению, т.е. к изменению свойств с течением времени.

13.2.3. Классификация полимеров

Полимеры классифицируют по различным признакам, основными из которых являются: состав и структура макромолекул, полярность, отношение к нагреву.

1. По форме макромолекул полимеров делятся на линейные (цеповидные, разветвленные), лестничные и пространственные (сетчатые или паркетные).

Макромолекулы линейных полимеров (рис.13.1,а) представляют собой цепи из элементарных звеньев, длина которых в сотни и тысячи раз превышает размеры поперечного сечения. Такую форму имеют молекулы термопластов. У полимеров с разветвленным строением (рис.13.1,6) силы притяжения между макромолекулами слабее, полимеры менее прочны. Они более плавкие, рыхлые. В полимерах с лестничным строением (рис.13.1,в) имеются ковалентные связи между молекулами. Они прочные, неплавкие, нерастворимые (могут только размягчаться и набухать).

В полимерах с сетчатым строением (рис.13.1,г) все линейные участки связаны поперечными ковалентными связями. Все изделие представляет собой гигантскую пространственную молекулу. Такие полимеры хрупкие, стойкие к нагреву и растворителям (не размягчаются, не набухают, не плавятся). Это - термореактивные полимеры.

Рис. 13.1. Строение макромолекул: а – линейное;

б – разветвленное; в – лестничное; г – сетчатое

По отношению к электрическому полю (по полярности) полимеры подразделяются на полярные и неполярные.

Полярность определяется наличием в составе полимера диполей - разобщенных центров положительных и отрицательных зарядов. Полярные полимеры обладают повышенной жесткостью и теплостойкостью, высокой адгезионной способностью, пониженной морозостойкостью. Неполярные - являются высококачественными и высокочастотными диэлектриками. Их свойства мало изменяются при понижении температуры. Они отличаются высокой морозостойкостью

2. По отношению к нагреву полимеры могут быть термопластичными (термопласты) и термореактивными (реактопласты).

Термопластичные материалы обладают линейной или разветвленной структурой макромолекул. При нагревании они размягчаются и затем при определенной температуре переходят в вязкотекучее состояние. Охлаждение вызывает затвердевание полимера. Никаких химических реакций при этом не происходит. Процесс «размягчение - затвердевание» полностью обратим и может протекать многократно. Повторный нагрев термореактивных пластмасс не изменяет их твёрдого состояния.

Термореактивные полимеры (термореактопласты) имеют пространственную сетчатую структуру, при нагреве практически не размягчаются и разрушаются. Не подвергаются вторичной переработке. Эти полимеры более прочны и их свойства практически не изменяются при нагревании вплоть до температуры деструкции. В зависимости от температуры повторного нагрева такие полимеры могут находиться в одном из трех состояний: стеклообразном (твердом), высокоэластичном или вязкотекучем.