Физические и механические свойства пластмасс - Проектирование и реализация демонстрационных моделей пластиковых окон

Для технологического процесса изготовления пластмасс наиболее важны физические и механические свойства пластических масс.

В связи с этим рассмотрим основные физические и механические свойства выделенных материалов органической химии.

Пластмассы обладают ценными физико-механическими свойствами, которые способствуют их широкому распространению в строительстве.

Малая плотность (15...2200 кг/м3) пластмасс позволяет значительно снизить массу строительных конструкций, сократить транспортные расходы, упростить подъемно-транспортное оборудование при монтаже, улучшить теплозвукоизолирующие свойства конструкций. В среднем пластмассы, за исключением пенопластов, в два-три раза легче алюминия и в пять-восемь раз легче стали, меди, свинца. Прочность пластмасс различна. Например, предел прочности при сжатии пластмасс с порошкообразным наполнителем составляет 100...150 МПа, а стекловолокнистых пластмасс - 400 МПа, в то время как предел прочности при сжатии бетона, пропитанного полимерами (бетонополимеры), достигает 200...250 МПа. Предел прочности при растяжении стекловолокнистых пластмасс составляет 400...950 МПа, что немногим меньше прочности стали марки Ст5. Высокая прочность некоторых пластмасс позволяет применять их в несущих конструкциях. Низкая истираемость пластмасс обусловливает их широкое применение в качестве покрытия при устройстве полов; например, истираемость линолеума 45...90 мкм, гранита - 40 мкм.

Химическая стойкость пластмасс высокая: они стойки по отношению к воде, растворам кислот, солей и щелочей. Срок службы деталей из пластмасс в коррозионных средах значительно выше, чем деталей из металла. [39, 74]

Теплопроводность пластмасс довольно низкая и зависит от их пористости. У пористых пластмасс теплопроводность 0,03 Вт/(м °С), у плотных 0,22...0,68 Вт/(м°С). Низкая теплопроводность позволяет изготовлять ограждающие конструкции зданий и сооружений тонкими и легкими.

Прозрачность и светопроницаемость многих пластмасс дает возможность успешно применять их для остекления специальных помещений, создавать новые конструкции оконных проемов и кровель большепролетных и промышленных зданий. Так, прозрачность органических стекол 83...94, а прозрачность алмаза принята за 100.

Высокие декоративные качества пластмасс значительно расширяют область их применения как отделочного материала, создают художественные возможности при разработке и создании интерьеров. [26, 100]

Пластмассы обладают ценными технологическими свойствами: сравнительно легко формуются (литье, штампование, прессование) и обрабатываются (распиливание, строгание, сверление), что позволяет из пластмасс получать разнообразные по форме и сложные по очертанию изделия. Пластмассы можно сваривать и склеивать между собой.

Отрицательные свойства пластмасс - горючесть, способность изменять свои размеры в процессе эксплуатации, большое удельное электрическое сопротивление, невысокая теплостойкость, повышенная ползучесть, старение. Горючестью обладают многие виды линолеумов и отделочные пленки. При горении они выделяют ядовитые газы, легко воспламеняются. Некоторые виды пластмасс в процессе эксплуатации способны изменять свои размеры. При применении пластмасс в качестве конструкционного или отделочного материала стабильность размеров - основной фактор выбора типа полимера. Изменение линейных размеров - усадка поливинилхлоридных материалов для покрытия полов и стен составляет 0,1...0,5%. Большим удельным сопротивлением электрическому току характеризуются многие полимеры: фторопласты, поливинилхлорид, полистирол. Такие материалы плохо проводят электрический ток, а это приводит к тому, что в процессе эксплуатации они статически электризуются и неблагоприятно воздействуют на организм человека. Поэтому многие из этих материалов нельзя применять в культурно-бытовом строительстве. Чтобы понизить образование статической электризации, в состав полимера вводят специальные вещества - антистатики.

Теплостойкость пластмасс довольно низкая, она не превышает 200° С. При более высоких температурах многие пластмассы размягчаются и теряют свои свойства, что ограничивает их область применения в различных условиях эксплуатации (температура, механические напряжения). [17, 81]

Старение пластмасс - необратимое изменение свойств полимеров вследствие химических превращений под действием света, кислорода, воздуха, переменных температур, влажности и т. п., при этом ухудшаются декоративные свойства (цвет, прозрачность), резко снижаются показатели физико-механических свойств (прочность на растяжение, относительное удлинение), материал становится хрупким и может даже разрушаться. Поэтому в состав полимерных строительных материалов входят специальные добавки - стабилизаторы, антиоксиданты.

Физические свойства полимера, напротив, зависят не только от характера мономера, но в большей степени от среднего количества мономерных звеньев в цепи и от того, как цепи расположены в конечной макромолекуле. Все синтетические и используемые в промышленности природные полимеры содержат цепи с различным числом мономерных единиц. Это число называют степенью полимеризации (СП) и обычно пользуются его средним значением, поскольку цепи не одинаковы по длине. Средняя длина цепи и СП может быть определена экспериментально несколькими методами (например, осмометрией - измерением осмотического давления различных растворов; вискозиметрией - измерением вязкости; оптическими методами - измерением светорассеяния различными растворами; ультрацентрифугированием, при котором вещества разделяются по их плотности). СП особенно важна при определении механических свойств полимера, поскольку при прочих равных условиях более длинные цепи налагаются друг на друга более эффективно и порождают большие силы сцепления. Можно сказать, что заметная механическая прочность наблюдается уже при СП 50-100, достигая максимума при СП выше 1000. [30, 67]

В последние годы в конструкциях получают все большее применение новые материалы на основе природных и синтетических полимеров, так называемые пластмассы или пластики.

Пластмассы Представляют собой или чистые смолы, или композицию из смолы и ряда компонентов - наполнителя, пластификатора, стабилизатора, красителя и др.

В зависимости от применяемого наполнителя пластмассы разделяют на Композиционные И Слоистые. Композиционные в свою очередь разделяют на Порошкообразные, волокнистые И с Наполнителем в виде крошки.

Наполнители Применяют органические и неорганические; они служат для модификации свойств материала, улучшения физико-механических, фрикционных и других свойств материала, а также для снижения его стоимости. [20, 45]

Органическими наполнителями являются древесная мука, целлюлоза, бумага, хлопчатобумажная ткань. В качестве неорганических наполнителей используют асбест, графит, стеклоткань, слюду, кварц и другие материалы.

Наполнители в виде полотнищ (тканых или нетканых) позволяют получать слоистые пластики высокой прочности.

При использовании в качестве наполнителя хлопчатобумажной ткани получают Текстолит, Стеклоткани - Стеклотекстолит, Бумаги - Гетинакс, Асбестовой ткани - Асботекстолит, Древесного шпона - Древеснослоистые пластики (ДСП), песка и щебня - Пластобетон.

Особую группу наполнителей составляют армирующие материалы на основе стекловолокна, стекложгута, стекломата, которые могут обеспечить изготовление деталей, по прочности не уступающих стали.

Стеклопластики, полученные на основе полиамидов, поликарбонатов, используют для изготовления брони, не пробиваемой пулями.

Из стеклопластиков изготовляют направляющие лопатки компрессоров, авиационных и ракетных двигателей, что дает возможность снизить вес этих аппаратов. [34, 72]

Стеклопластики сравнительно хорошо сопротивляются действию динамических нагрузок и способны гасить колебания элементов конструкций.

Пластмассы как конструкционные материалы имеют следующие особенности:

1) малый удельный вес (1,2-1,9 Г/см3), Что в сочетании с высокой прочностью дает возможность выполнять очень легкие конструкции; у многих пластмасс отношение предела прочности к удельному весу (удельная прочность) значительно выше, чем у сталей.

В этой таблице приведены данные о стекловолокнистом анизотропном материале СВАМ с различным соотношением продольных и поперечных стеклянных волокон;

2) диаграммы деформирования пластмасс весьма разнообразны; У стеклопластиков с направленным расположением стеклянных нитей, как например, у СВАМ это прямые почти до разрушения.

Однако у большинства пластмасс диаграммы ? - ? имеют вид плавной кривой, которую на некотором протяжении от начала координат можно принимать за прямую. [14, 33]

У большинства конструкционных пластмасс удлинение при разрыве не превосходит 3 - 4%, т. е. значительно ниже, чем у сталей;

    3) пластмассы имеют обычно неодинаковые механические характеристики при растяжении и сжатии; 4) пластмассы значительно хуже, чем металлы, сопротивляются переменным и длительным нагрузкам; 5) для характеристик упругих и прочностных свойств пластиков характерен больший разброс, чем у металлов. Это объясняется старением материалов, гигроскопичностью, влиянием температуры, анизотропией свойств, неоднородностью структуры, влиянием технологии изготовления; 6) для пластмасс характерно более значительное по сравнению с металлами проявление масштабного эффекта. Предел прочности деталей из пластмасс существенно уменьшается с увеличением размеров поперечного сечения. 7) свойства пластмасс существенно зависят от температуры. Основные группы пластмасс могут работать в интервале температур от -200?С до +250?С; с появлением пластмасс на основе кремнийорганических полимеров и фторопластов верхний предел температуры поднялся до +500?С.

Стеклопласты на основе кремнийорганической смолы не теряют прочности при 250 °С, выдерживают нагрев до 2750?С в течение 2 Мин;

Пластики обладают большой склонностью к ползучести и релаксации даже при нормальных температурах;

Для пластиков характерна малая жесткость; модуль упругости самых жестких пластиков (стеклопластиков) примерно в 10 раз меньше, чем у сталей. В результате этого детали из пластмасс получают более значительные деформации и перемещения, чем стальные детали;

Многие пластмассы анизотропны, т. е. имеют в разных направлениях различные свойства. Анизотропия ярко выражена у слоистых пластиков.

Рассмотренный выше материал по физико-механическим свойствам пластических масс служит основой для формулирования вывода о том, что данные материалы органического происхождения выделяются уникальными особенностями, важными для проектирования и реализации технологии промышленного производства.

Похожие статьи




Физические и механические свойства пластмасс - Проектирование и реализация демонстрационных моделей пластиковых окон

Предыдущая | Следующая