(позже получило распространение другое название - целлулоид). Паркезин был впервые представлен на Большой Международной выставке в Лондоне в 1862 году. Развитие пластмасс началось с использования природных пластических материалов (жевательной резинки , шеллака), затем продолжилось с использованием химически модифицированных природных материалов (резина , нитроцеллюлоза , коллаген , галалит) и, наконец, пришло к полностью синтетическим молекулам (бакелит , эпоксидная смола , поливинилхлорид , полиэтилен и другие).

Паркезин являлся торговой маркой первого искусственного пластика и был сделан из целлюлозы , обработанной азотной кислотой и растворителем. Паркезин часто называли искусственной слоновой костью . В 1866 году Паркс создал фирму Parkesine Company для массового производства материала. Однако, в 1868 году компания разорилась из-за плохого качества продукции, так как Паркс пытался сократить расходы на производство. Преемником паркезина стал ксилонит (другое название того же материала), производившийся компанией Даниэля Спилла , бывшего сотрудника Паркса, и целлулоид, производившийся Джоном Весли Хайатом .

В России также велись работы по созданию пластических масс на основе фенола и формальдегида. В 1913-1914 годах на шелкоткацкой фабрике в деревне Дубровке в окрестностях г. Орехово-Зуево Г. С. Петров совместно В. И. Лисевым, и К. И. Тарасовым синтезирует первую русскую пластмассу - карболит и организует ее производство. Своё название карболит получил от карболовой кислоты, другого названия фенола . В дальнейшем Петров Григорий Семёнович продолжает работу по усовершенствованию пластмасс и разрабатывает текстолит .

Типы пластмасс

В зависимости от природы полимера и характера его перехода из вязкотекучего в стеклообразное состояние при формовании изделий пластмассы делят на:

• Термопласты (термопластичные пластмассы ) - при нагреве расплавляются, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние;
• Реактопласты (термореактивные пластмассы ) - в начальном состоянии имеют линейную структуру макромолекул, а при некоторой температуре отверждения приобретают сетчатую. После отверждения не могут переходить в вязкотекучее состояние. Рабочие температуры выше, но при нагреве разрушаются и при последующем охлаждении не восстанавливают своих исходных свойств.

Получение

Производство синтетических пластмасс основано на реакциях полимеризации , поликонденсации или полиприсоединения низкомолекулярных исходных веществ, выделяемых из угля , нефти или природного газа , таких, к примеру, как бензол , этилен , фенол , ацетилен и других мономеров . При этом образуются высокомолекулярные связи с большим числом исходных молекул (приставка «поли-» от греческого «много», например, этилен-полиэтилен).

Методы обработки

• Литьё/литьё под давлением
• Прессование
• Виброформование
• Вспенивание
• Отливка
• Сварка
• Механическая обработка

Пластические массы, по сравнению с металлами, обладают повышенной упругой деформацией, вследствие чего при обработке пластмасс применяют более высокие давления, чем при обработке металлов . Применять какую-либо смазку, как правило, не рекомендуют; только в некоторых случаях при окончательной обработке допускают применение минерального масла . Охлаждать изделие и инструмент следует струей воздуха.

Пластические массы более хрупки, чем металлы, поэтому при обработке пластмасс режущими инструментами надо применить высокие скорости резания и уменьшать подачу. Износ инструмента при обработке пластмасс значительно больше, чем при обработке металлов, почему необходимо применять инструмент из высокоуглеродистой или быстрорежущей стали или же из твердых сплавов. Лезвия режущих инструментов надо затачивать, по возможности, более остро, пользуясь для этого мелкозернистыми кругами.

Пластмасса может быть обработана на токарном станке, может фрезероваться . Для распиливания могут применяться ленточные пилы , дисковые пилы и карборундовые круги.

Сварка

Соединение пластмасс между собой может осуществляться механически (с помощью фигурных профилей, болтов, заклепок и т.д.), химически (склеиванием, растворением с последующим высыханием), термически (сваркой). Из перечисленных способов соединения только при помощи сварки можно получить соединение без инородных материалов, а также соединение, которое по свойствам и составу будет максимально приближено к основному материалу. Поэтому сварка пластмасс нашла применение при изготовлении конструкций, к которым предъявляются повышенные требования к герметичности, прочности и другим свойствам.

Процесс сварки пластмасс состоит в образовании соединения за счет контакта нагретых соединяемых поверхностей. Он может происходить при определенных условиях:

1. Повышенная температура. Её величина должна достигать температуры вязкотекучего состояния.
2. Плотный контакт свариваемых поверхностей.
3. Оптимальное время сварки - время выдержки.

Также следует отметить, что температурный коэффициент линейного расширения пластмасс в несколько раз больше, чем у металлов, поэтому в процессе сварки и охлаждения возникают остаточные напряжения и деформации, которые снижают прочность сварных соединений пластмасс.

На прочность сварных соединений пластмасс большое влияние оказывают химический состав, ориентация макромолекул, температура окружающей среды и другие факторы.

Применяются различные виды сварки пластмасс:

1. Сварка газовым теплоносителем с присадкой и без присадки
2. Сварка экструдируемой присадкой
3. Контактно-тепловая сварка оплавлением
4. Контактно-тепловая сварка проплавлением
5. Сварка в электрическом поле высокой частоты
6. Сварка термопластов ультразвуком
7. Сварка пластмасс трением
8. Сварка пластмасс излучением
9. Химическая сварка пластмасс

Как и при сварке металлов, при сварке пластмасс следует стремиться к тому, чтобы материал сварного шва и околошовной зоны по механическим и физическим свойствам мало отличался от основного материала. Сварка термопластов плавлением, как и другие методы их переработки, основана на переводе полимера сначала в высокоэластическое, а затем в вязкотекучее состояние и возможна лишь в том случае, если свариваемые поверхности материалов (или деталей) могут быть переведены в состояние вязкого расплава. При этом переход полимера в вязкотекучее состояние не должен сопровождаться разложением материала термодеструкцией.

При сварке многих пластмасс выделяются вредные пары и газы. Для каждого газа имеется строго определенная предельно доступная его концентрация в воздухе (ПДК). Например, для диоксида углерода ПДК равна 20, для ацетона - 200, а для этилового спирта - 1000 мг/м³.

Материалы на основе пластмасс

Мебельные пластмассы

Пластик, который используют для производства мебели , получают путём пропитки бумаги термореактивными смолами. Производство бумаги является наиболее энерго - и капиталоемким этапом во всем процессе производства пластика. Используется 2 типа бумаг: основой пластика является крафт-бумага (плотная и небеленая) и декоративная (для придания пластику рисунка). Смолы подразделяются на фенолформальдегидные , которые используются для пропитки крафт-бумаги, и меламиноформальдегидные , которые используются для пропитки декоративной бумаги. Меламиноформальдегидные смолы производят из меламина, поэтому они стоят дороже.

Мебельный пластик состоит из нескольких слоёв. Защитный слой - оверлей - практический прозрачный. Изготавливается из бумаги высокого качества, пропитывается меламиноформальдегидной смолой. Следующий слой - декоративный. Затем несколько слоев крафт-бумаги, которая является основой пластика. И последний слой - компенсирующий (крафт-бумага, пропитанная меламиноформальдегидными смолами). Этот слой присутствует только у американского мебельного пластика.

Готовый мебельный пластик представляет собой прочные тонированные листы толщиной 1-3 мм. По свойствам он близок к гетинаксу . В частности, он не плавится от прикосновения жалом паяльника , и, строго говоря, не является пластической массой, так как не может быть отлит в горячем состоянии, хотя и поддается изменению формы листа при нагреве. Мебельный пластик широко использовался в XX веке для отделки салонов вагонов метро .

Система маркировки пластика

Для обеспечения утилизации одноразовых предметов в 1988 году Обществом Пластмассовой Промышленности была разработана система маркировки для всех видов пластика и идентификационные коды. Маркировка пластика состоит из 3-х стрелок в форме треугольника, внутри которых находится число, обозначающее тип пластика. Часто при маркировке изделий под треугольником указывается буквенная маркировка (в скобках указана маркировка русскими буквами):

Международные универсальные коды переработки пластмасс

Значок	Англоязычное название	Русское название	Примечание
	PET или PETE	ПЭТ , ПЭТФ Полиэтилентерефталат (лавсан)	Обычно используется для производства тары для минеральной воды, безалкогольных напитков и фруктовых соков, упаковки, блистеров, обивки.
	PEHD или HDPE	ПЭНД Полиэтилен высокой плотности, полиэтилен низкого давления	Производство бутылок, фляг, полужёсткой упаковки. Считается безопасным для пищевого использования.
	PVC	ПВХ Поливинилхлорид	Используется для производства труб , трубок, садовой мебели, напольных покрытий, оконных профилей, жалюзи , изоленты, тары для моющих средств и клеёнки . Материал является потенциально опасным для пищевого использования, поскольку может содержать диоксины, бисфенол А, ртуть, кадмий [ ]
	LDPE или PELD	ПЭВД Полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокого давления	Производство брезентов , мусорных мешков, пакетов, пленки и гибких ёмкостей. Считается безопасным для пищевого использования.
	PP	ПП Полипропилен	Используется в автомобильной промышленности (оборудование, бамперы), при изготовлении игрушек, а также в пищевой промышленности, в основном при изготовлении упаковок. Распространены полипропиленовые трубы для водопроводов. Считается безопасным для пищевого использования.
	PS	ПС Полистирол	Используется при изготовлении плит теплоизоляции зданий, пищевых упаковок, столовых приборов и чашек, коробок и прочих упаковок (пищевой плёнки и пеноматериалов), игрушек, посуды, ручек и так далее. Материал является потенциально опасным, особенно в случае горения, поскольку содержит стирол.
	OTHER или О	Прочие	К этой группе относится любой другой пластик, который не может быть включен в предыдущие группы. В основном это поликарбонат . Поликарбонат может содержать опасный для человека бисфенол А . Используется для изготовления твёрдых прозрачных изделий, как например детские рожки .

Пластиковые отходы и их переработка

Для борьбы с загрязнением окружающей среды полиэтиленовыми пакетами применяются различные меры, и уже около 40 стран ввели запрет или ограничение на продажу и(или) производство пластиковых пакетов.

Скопления отходов из пластмасс образуют в Мировом океане под воздействием течений особые мусорные пятна . На данный момент известны пять больших скоплений мусорных пятен - по два в Тихом и Атлантическом океанах , и одно - в Индийском океане . Данные мусорные круговороты в основном состоят из пластиковых отходов, образующихся в результате сбросов из густонаселённых прибрежных зон континентов. Руководитель морских исследований Кара Лавендер Ло из Ассоциации морского образования (англ. Sea Education Association; SEA ) возражает против термина «пятно», поскольку по своему характеру - это разрозненные мелкие куски пластика. Пластиковый мусор опасен тем, что морские животные, зачастую, могут не разглядеть прозрачные частицы, плавающие по поверхности, и токсичные отходы попадают им в желудок, часто становясь причиной летальных исходов .

Взвесь пластиковых частиц напоминает зоопланктон, и медузы или рыбы могут принять их за пищу. Большое количество долговечного пластика (крышки и кольца от бутылок, одноразовые зажигалки) оказывается в желудках морских птиц и животных , в частности, морских черепах и черноногих альбатросов . Помимо прямого причинения вреда животным , плавающие отходы могут впитывать из воды органические загрязнители, включая ПХБ (полихлорированные бифенилы), ДДТ (дихлордифенилтрихлорметилметан) и ПАУ (полиароматические углеводороды). Некоторые из этих веществ не только токсичны - их структура сходна с гормоном эстрадиолом , что приводит к гормональному сбою у отравленного животного .

Способы переработки пластика:

Пиролиз Гидролиз Гликолиз Метанолиз

В декабре 2010 года Ян Байенс и его коллеги из университета Уорик предложили новую технологию переработки практически всех пластмассовых отходов. Машина с помощью пиролиза в реакторе с кипящим слоем при температуре около 500° С и без доступа кислорода разлагает куски пластмассового мусора, при этом многие полимеры распадаются на исходные мономеры. Далее смесь разделяется перегонкой . Конечным продуктом переработки являются воск, стирол, терефталевая кислота, метилметакрилат и углерод, которые являются сырьём для лёгкой промышленности. Применение этой технологии позволяет сэкономить средства, отказавшись от захоронения отходов, а с учётом получения сырья (в случае промышленного использования) является быстро окупаемым и коммерчески привлекательным способом утилизировать пластмассовые отходы .

Пластики на основе фенольных смол, а также полистирол и полихлорированный бифенил могут разлагаться грибками белой гнили . Однако для утилизации отходов этот способ коммерчески неэффективен - процесс разрушения пластика на основе фенольных смол может длиться многие месяцы .

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

Полимеры являются важной частью химической индустрии. Поэтому все, кто работает в сфере химической индустрии или увлекается ею, знают основные виды пластмасс .

Химическая промышленность специализируется на производстве продуктов путем химической переработки сырья. Отрасль достаточно сложно структурирована и имеет в своем составе более 20 сегментов. Одним из них является производство полимеров. Это непосредственно касается и производства пластмасс, которое относится к органической химии.

Производство полимерных материалов динамично развивается и набирает большие обороты. В некоторой степени оно определяет развитие научно-технического прогресса.

Отрасль производства пластмасс занимает особое место в химической индустрии. Они используются во многих отраслях народного хозяйства.

Виды пластмасс

Пластмассами называются органические материалы, созданные на основе синтетических или природных полимеров. Полимеры – высокомолекулярные природные или синтетические соединения.

Пластмассы делятся на несколько групп. Основные виды: простые и сложные. Простые состоят из чистых полимеров, а сложные имеют в своем составе помимо полимеров различные связующие жидкости, пластификаторы, стабилизаторы, красители, отвердители, смазки, антистатики и т.д.

Пластичные массы имеют низкую теплопроводность, большое тепловое расширение. В отличие от стали они расширяются в 10-30 раз больше. Они склонны к немагнитности, химически стойки и обладают малой плотностью. Из них можно изготавливать другие виды материалов, то есть они являются технологичными.

Что касается недостатков, то пластмассы склонны к старению, у них низкая вязкость по сравнению с другими веществами. Им характерна низкая упругость и невысокая теплостойкость.

К основным видам пластмасс относят термопласты и термореактопласты. Термопласты имеют способность при нагреве расплавляться, а при низких температурах обратно затвердевать. Это свойство зависит от структуры полимеров: она может быть линейной, разветвленной или аморфной.

Термореактопласты не имеют возможности размягчаться. Они сначала плавятся, а потом затвердевают, не подвергаясь повторной обработке.

Пластмассы делятся на:

• ткани и пленки;


• стеклопластики;


• оргстекло;


• пенопласты;


• винипласт;


• древесные пластики.

Все эти виды пластических масс создаются на производстве и активно применяются в повседневной жизни. Синтетические пластмассы создаются путем выделения из угля, нефти или природного газа с помощью реакций полимеризации, поликонденсации и полиприсоединения исходных веществ.

В зависимости от назначения существуют следующие методы обработки основных видов пластмасс:

• литьё;


• экструзия;


• прессование;


• виброформирование;


• вспенивание;


• отливка;


• сварка;


• вакуумная формовка.

Производство основных видов пластмасс в химической отрасли

Изготовление пластичных масс нашло широкое применение в быту. Однако в современном мире их производство составляет огромные масштабы, которые негативно влияют на окружающую среду.

Так, например, полиэтиленовый пакет или пластиковая бутылка разлагаются на протяжении пятидесяти лет, загрязняя окружающую среду.

Учитывая эти обстоятельства, возникает вопрос вторичной переработки и утилизации пластичных масс. Их максимальное использование порождает новые виды материалов, что способствует развитию не только производства пластмассовой индустрии, а и химической промышленности в целом.

Основные виды пластмасс – важная составляющая химической отрасли. Достижения и проблемы индустрии наиболее широко и в полном масштабе открывает перед производителями и потребителями ежегодная выставка «Химия». А ее организатором уже который год является один из крупнейших мировых выставочных комплексов ЦВК «Экспоцентр».

Колоссальный опыт и громадный багаж знаний его специалистов позволяет провести мероприятие на самом высоком уровне. Это способствует значительному влиянию на развитие химической индустрии, а для ее представителей открывает широкие возможности в области исследований.

Также «Химия» способствует заключению новых контрактов с иностранными компаниями, что значительно увеличивает конкурентоспособность товаров.

Занимаясь с детьми всегда открываешь для себя много нового. Пока я готовила материал для занятий по окружающему миру - прочла много интересного про Полярную звезду (я даже не знала, в чем ее особенность) и размеры Вселенной, историю Олимпийских игр и наконец-то сама перестала путать пресмыкающихся и земноводных:). Но одна тема задела меня особенно.

Из чего делают пластмассу

Сейчас мы изучаем раздел "хозяйство". Изучаем довольно поверхностно, поскольку профессии, производство хлеба и подобные вопросы мы раньше уже затрагивали. Но, чтобы вспомнить посмотрели несколько видео (спасибо Татьяне), в том числе и про изготовление пластмассы.

И все бы хорошо. Ролик нарисован довольно понятно. Но до этого мы с Варварой знакомились с темой загрязнения мирового океана и многие вещи меня шокировали. Я просто никогда не задумывалась об этом! Мне всегда было жалко выбрасывать стекло, но о пластмассе я просто не думала. А многие предпочтут вообще ухмыльнуться и махнуть на это рукой. Ведь мы уже не можем отказаться от пластик.

Куда уходит пластик...

• Пластмасса - неестественный для природы материал и потому практически не разлагается. Пластик не "переварится" землей и не вернется в землю.


• Полимеры изготавливают из не возобновляемого природного ресурса - нефти и газа.


• Примерно 150 млн. тонн пластмассы производится ежегодно и этот объем увеличивается.


• Практически 90% из того, что было произведено мы выбросим сразу или в течении нескольких месяцев (пакеты, бутылки, упаковки, зажигалки и тому подобное).


• Пластиковые отходы нельзя складировать или закапывать. Пластик впитывает из воды токсичные вещества, эти соединения просачиваются в грунтовые воды.


• Пластиковые отходы опасно жечь, при сжигании образуются токсичные газы, опасные для человека и атмосферы.


• Пластиковые отходы можно перерабатывать, но на переработку идет лишь 5%, и предметы из переработанного пластика в третий раз переработать нельзя, они тоже не будут естественно разлагаться. Это лишь небольшая отсрочка и успокоение совести. Хотя это все-таки лучше.


• "Биоразлагаемые" пластики - в большинстве маркетинговый ход, нет совершенно безопасных пластиковых отходов.

...в какие города

В мире есть города-свалки, куда из Европы и США свозят технологический и электронный мусор. Токсичные вещества в почве, воде и воздухе в этих местах превышают все мыслимые нормы. Но мы ведь этого не видим. Мы бросили мусор в мешок, мешок погрузили в машину, и мы наслаждаемся чистотой, удобством и одноразовыми вещами. А люди в городах-свалках редко доживают до 30 лет.

Пластиковая каша мирового океана

Но большинство отходов путешествуют сами по себе. В мировом океана существуют пять больших "мусороворотов", куда мировое течение сносит пластиковый мусор. Самое большое - Тихоокеанское мусорное пятно, или, как его называют, восточный мусорный континент. Это пятно взвеси крупных и мелких пластиковых частиц площадью около 700 - 1,5 млн квадратных километров, содержащие более ста миллионов тонн мусора.

• В некоторых местах пластика в воде в несколько раз больше, чем планктона.


• Пластик не разлагается, а рассыпается под воздействием води и солнца, и каждая его частичка становится токсичной. Сотни тысяч морских животных страдает от отравлений. Некоторые токсины вызывают гормональные сбои.


• Черепахи погибают, глотая пластиковые пакеты, которые они принимают за медуз. Птицы кормят птенцов пластиковыми крышечками от бутылок.

Можно ли прожить без пластика

И пока ученые ищут более совершенные и коммерчески оправданные способы утилизации пластмассы и электронного мусора, мы его ежегодно и ежедневно пополняем. И мы уже не может отказаться от этого.

Для ребенка вся эта информация пока не понятна и сложна для восприятия. Но многие вопросы мы обсудили о том, что мы может сделать в кругу нашей семьи, нашего дома.

В стартовом ролике много преувеличений. Отсутствие пластмассы не вернет нас в каменный век, разумеется. Мы всегда покупали одежду только из хлопка и льна, мебель у нас деревянная, но мы не может отказаться от бытовой техники, зубной пасты и щетки, баночек для шампуней, выключателей и розеток, и сотни других вещей, наполняющих наш дом.

Мой муж, например, очень любит выкидывать. Для него легкость покупки и смены вещей - это что-то вроде символа удобства и состоятельности. И мои предложения, например, не выбрасывать бутылку, а налить воду дома и взять с собой, вместо того, чтобы покупать опять - он воспринимал только как скряжничество.

Но! наконец-то мы договорились обходиться без мелких игрушек из киндер-сюрпризов и Макдональдса! Я давно борюсь с ними. Как и вообще с частыми покупками мелких дешевых игрушек, большинство из которых не несут никакой пользы, кроме коммерческого дохода их создателям. Огромная индустрия псевдо-игрушек, направленных на коллекционирование, постоянные покупки, позволяющая нам "откупаться" от детей.

Мы постараемся чаще обращать внимание на альтернативы: деревянные и текстильные игрушки, жестяную и бумажную упаковку (например, яиц), не забывать брать с собой в магазин сумки, вместо десятка (!) пакетиков, которые здесь дают в супермаркетах, стараться продлить срок жизни вещей и вообще продуманно относиться к каждой новой вещи, переступающей порог нашего дома.

Да, это будет капля в море, вернее в океане с мусором. Но это ведь не оправдание не делать вообще ничего.

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