Тема 2.6 Пластмаси.

Мета: Ознайомитись з видами та складом пластмас. Ознайомитись з видами

виробів з пластмаси.

ПЛАН

1. Склад пластмас.

2. Загальні властивості пластичних мас.

3. Види пластичних мас.

4. Методи переробки пластмас

5. З’єднання деталей з пластмаси.

6. Пластикові труби.

7. З’єднувальні частини до пластикових труб.

Питання 1. Склад пластмас.

Пластичні маси (пластмаси) - матеріали, які отримують на основі синтетичних чи природних високомолекулярних з’єднань (полімерів). Пластмаси володіють властивістю під час під час переробки (під владою нагрівання та тиском) застосовують задану форму та потім зберігають її.

Пластмаси складаються з :

1. Зв’язуючі – це основа пластмаси, яка визначає їх властивості. В якості

зв’язуючих використовують природні чи неприродні (синтетичні) полімери – з’єднання з високою молекулярною масою (від декількох тисяч до міліонів), молекули яких складаються з багатократно повторюючихся ланок. Синтетичні полімери отримують з різноманітної сировини (кам’яний вугіль, нафта, природний газ) в результаті його переробки на хімічних підприємствах.

В залежності від властивостей полімерів при нагріванні і охолодженні їх на термопластичні та термореактивні.

- Термопластичні полімери характеризуються властивістю розм’якчуватися при нагріванні та твердіти при охолодженні. Вони володіють великим електроопором, малим водопоглиненням та високою хімічною стійкістю, однак мають низьку теплостійкість, незначну твердість, легко набухають та розчиняються в органічних розчинниках. До цієї групи відносяться більшість полімеризаційних полімерів.

- Термореактивні полімери твердіють при дії теплоти та тиску та не розм’якшуються при повторному нагріванні. Вони відрізняються від термопластичних полімерів великою міцністю, теплостійкістю та твердістю. До цієї групи відносяться карбомідні, фенолоформальдегидні, епоксидні та інші полімери.

2. Наповнювачі – речовини, які вводять в пластмаси для придбання необхідних

властивостей (високої міцності, теплостійкості, довговічності, підвищеної ударної в’язкості) та зниження їх вартості. В якості наповнювачів застосовують порошкообразні (кварцова мука, крейда, тальк, древісна мука), волокнисті (азбестові, дерев’яні та скляні волокна) та шарові (папір, хлопчатопаперева тканина, склотканина, дерев’яний шпон) матеріали. Кожний наповнювач, покращуючи одні властивості пластмаси, в деякому ступені погіршує інші, тому їх обирання та кількісний вміст визначають вимогами, які висувають до матеріалу з урахуванням його призначення та умов експлуатації.

3. Пластифікатори – покращують пластичні властивості

пластмас(знижують крихкість) та полегшують їх переробку. В якості пластифікаторів використовують дибутілфтолат, камфору, олеїнову кислоту і т.д.

4. Затвердителі – вводять для скорочення часу твердіння пластмас та

збільшення швидкості технологічного часу виробництва виробів.

5. Фарбники – надають пластмасам деякий колір. В якості фарбників

використовують стійки, не змінні з часом та не втрачаючи колір під дією часу органічні ( нігрозин, хризоідін) та мінеральні (охра, сурик, мімі йо, умбра) пігменти.

6. Стабілізатори підвищують довговічність пластмасових виробів, які під дією

кисню, світу та теплоти старіють викликаючи зменшення їх еластичності та підвищенню крихкості.

7. Змащувальними речовинами працюють хімічні доданки (які вводять в

пластмаси для попередження злипання виробів з стінками форми під час їх формування.

В склад пластмаси можуть бути введені спеціальні доданки, які впливають на

їх властивості. Наприклад, для отримання чарункових пластмас до полімерів додають поро фори – тверді, рідкі або газоподібні речовини, які вспенюють пластмасу.

Питання 2. Загальні властивості пластичних мас.

Пластмаси володіють цінними якостями – механічними властивостями, які

дають їм значні переваги в порівнянні з найбільш поширеними будівельними матеріалами наприклад з металами.

Щільність пластмас коливається в широких межах і в залежності від

пористості і кількості введеного наповнювача від пористості і кількості введеного наповнювача у пористих пластмас 20…..50 і у щільних 1800…..2200 кг/м3.

Міцність пластмас різноманітна. Наприклад, межа міцності при стисканні пластмаси з порошкообразним наповнювачем 100…..150 МПа. Межа міцності при стисканні скловолокнистих пластмас досягає 400 МПа, при роз тяжінні 450 МПа і при згинанні 700МПа, що менше, ніж міцність сталі марки Ст5.

Пластичність пластмаси висока, що дозволяє виготовляти з виробу і деталі трудних форм. Однак пластичні властивості пластмаси виникають по різному. Одні з них ( термореактивні) при твердінні повністю втрачають власну пластичність, і іх неможливо вторинно пом’якшати шляхом нагрівання; інші (термопластичні) – можна вторинно пом’якшати і використати повторно.

Теплопровідність пластмаси, залежить від їх пористості, вона низька. У щільних пластичних мас теплопровідність складає 0,2…..0,7 Вт/(м^оС), а у пористих, наприклад у піно- та поропластів – 0,03…..0,4 Вт/(м^оС).

Теплостійкість пластмаси низька та не перевищує 200^оС. При більш високих температурах більшість пластмас пом’якшується і втрачає власні властивості, що є великим недоліком, який обмежує їх застосування.

Хімічна стійкість пластмаси висока: вони стійкі по відношенню до води, кислот, розчинів солей та органічних розчинників. Строк використання деталей з пластмаси в корозійних середах значно вище, ніж деталей з металів.

Електроізоляційними властивостями володіють багато пластмас, їх застосовують для ізоляції проводів та електрообладнання.

Пластмаси з азбестовим наповнювачем (асботекстоліт) характеризуються високим коефіцієнтом тертя (фрикціоні властивості), незначним зношуванням. Пластмаси з тканевим наповнювачем (текстоліти) володіють антифрикційними властивостями і замінюють бронзу і бабіт в підшипниках. Пластмаси можуть гарно фарбуватися в будь які кольори.

Технологічна легкість обробки пластмас (розпилювання, стругання, свердління і т.п.) дозволяє надати виробам з них різну форму.

Негативні властивості пластмас (призводять до швидкого зношування поверхні), підвищена повзучість (з часом при невеликих навантаженнях розвиває пластичні деформації), старіння (потемніння і самопроізвольне руйнування виробів).

В залежності від складу і властивостей пластмаси з них виготовляють різноманітні матеріали і вироби, застосовуємі в будівництві і інших отраслях промисловості.

Питання 3. Види пластичних мас.

В теперішній час хімічна промисловість випускає різноманітні синтетичні

полімери, кількість видів яких з кожним роком збільшується. В виробництві пластмас, які застосовуються в будівництві, застосовують лише деякі полімери: поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид, поліаміди, фторопласти.

Поліетилен – термопластичний матеріал білого кольору, твердий, володіє

високою хімічною стійкістю. Отримують його шляхом полімеризації етилену, виділеного з газових домішок при переробці нафтопродуктів або природних газів.

Поліетилен виробляють двома засобами: при високому тиску (до 150МПа) і

температурі до 250^оС з використанням кисню в якості каталізатора процесу полімеризації; при низькому тиску (0,5…..4 МПа) і температурі від 60до 150^оС в присутності спеціальних каталізаторів.

Поліпропілен – безкольоровий термопластичний матеріал, який отримують

полімеризацією пропілену. Поліпропілен відрізняється від поліетилену більш високими міцностними і теплостійкими, низької водо- та газопроникністю і хімічною стійкістю. Вироби з поліпропілену можна експлуатувати при температурах до 120^оС. Старіння поліпропілену зменшують введенням в нього тіж самі стабілізатори, що і для поліетилену. З поліпропілену виготовляють труби, трубопровідну і водорозбірну арматуру, деталі сифонів для вмивальників і ванн, а також гідроізоляційну плівку.

Полівінілхлорид (вініпласт) – термопластичний матеріал, який отримують

полімеризацією вінілхлориду. Володіє високою хімічною стійкістю до дії корозійних серед. Міцність виробів з полівінілхлориду знижується з часом і особливо при довгій дії навантажень і при підвищенні температури. Теплостійкість полівінілхлориду не вище 70оС При негативних температурах вироби з полівінілхлориду становляться крихкими. Легко обробляється за допомогою механічної обробки виріб полімеризації стиролу – володіє високими міцністю, водостійкістю, хімічною стійкістю, не має кольоу. Цей матеріал гарно фарбується та легко переробляється різноманітними засобами в різі вироби. Недоліки полістиролу – крихкість, невелика морозо – та світлостійкість. З полістиролу виготовляють кольорові плитки для обліцування санітарно – технічних вузлів, кухонь, вентиляційних решіток, мильниці, крючки та ін.

Інден – кумаринові полімери отримують полімеризацією ароматичних з’єднань індену, кумарину, стиролу, тих що містяться в фракціях сольвентнафтов та кам’янокутного дьогтю. Щільність полімерів 1000…..1200 кг/м3,вони гарно розчиняються в бензолі, толуолі, сольвенті та скипидарі, але не розчиняються в бензині. Застосовують їх в якості зв’язуючого при виробництві гліфталевого лінолеуму, плиток для підлоги, будівельних фарб, а також для виготовлення мастик.

Поліаміди – термопластичний матеріал, який отримують за допомогою поліконденсації двох основних кислот і діаметрів. Він характеризується високою в’язкістю, пружністю, міцністю, до стирання та твердістю, гарно піддається склеюванню та зварювання. З поліамідів виготовляють зубчасті колеса, втулки та інші деталі будівельних машин, а також корпуса та відстійники сифонів для вмивальників, деталі змивних бачків.

Поліметилметакрилат (органічне скло) – продукт полімеризації органічного ефіру – прозорий матеріал в вигляді листів або пластин різної товщі (0,5…..50 мм та більш). Оргскло пропускає вище 91% сонячного світла. Гарно обробляється ріжучим інструментом, легко полірується, склеюватися та зварюється. Гарно фарбується в різноманітні кольору. Застосовують оргскло в санітарній техніці, наприклад для виготовлення труб; з нього роблять пило захисні лінзи, внутрішні плафони, скло габаритних фона рей та інші деталі.

Фторопласти – високомолекулярні з’єднання на основі фтор- та хлоропроізводних етилену. Фторопласти володіють високою хімічною стійкістю, міцністю та теплостійкістю (температура застосування до 250оС). З них виготовляють хімічно – стійкі прокладки, ущільнення для різьбових з’єднань та сальників.

Поліепоксиди – синтетичні полімери, широко застосовуються завдяки власним цінним властивостям. Вони легкі, міцні, володіють високою адгезією до металу і стійкістю до дії корозійних серед. Поліепоксиди – в’язкі рідини, при введенні в них отвердителі переходять в твердий стан. З них виготовляють клеї, антикорозійні лаки, шарові пластини, штампи, форми і т.д.

Норпласти – композиційні термопластичні полімерні матеріали з значним (до90%) вмістом різних наповнювачів. Властивості цих матеріалів залежать від ступеню змінення наповнення, видів наповнювача та полімеру. Норпласти характеризують високою одностійкістю. З них виготовляють труби. Різноманітні санітарно – технічні вироби та деталі для будівельних машин литтям під тиском, екструзією, пресуванням та іншими методами переробки.

Питання 4. Методи переробки пластмас.

Вироби та деталі з пластмаси виготовляють різноманітними методами (лиття

звичайне та під тиском, екструзія, пресування та ін.), вибір яких залежить від виду виробу використовує мого полімеру:

1. Звичайне лиття - звичайний метод складається з того, що розплавлений

полімер розливають в форми, де він затвердіє, набуваючи при цьому конфігурацію виробу. Цим методом виготовляють листи, бруски і т.д.

1) Лиття під тиском виконують за допомогою спеціальних машин (дивись малюнок 13 а), в яких періодично надається рух поршню видавлює розм’якшений електронагріванням до пластичного стану матеріал 2 в роз’ємну охолоджувальну форму 3, де він швидко твердіє. Лиття під тиском – високопроізводний засіб, при якому всі операції автоматизовані. Цим методом виготовляють трубопровідну арматуру, сифони для вмивальників, електротехнічні вироби.

2) Непереривне профільне видавлювання (екструзія) - його виконують на екструдерах – апаратах безперервної дії (дивись малюнок 13,б). Екструдери складаються з циліндру з обертаючими в ньому гвинтовим конвеєром 5 та встановленої на кінці циліндру головкою 6. Гранули термопластичного полімеру (наприклад, поліетилену) завантажують в бункер 1 машини. В циліндрі гранули нагріваються до необхідної температури та набувають пластичного вигляду 2. Обертаючий гвинтовим конвеєром маса подається в фільтруючий пристрій, а з нього – в робочу головку 6 екструдера. Цим засобом виготовляють труби, погонажні вироби (сходові поручні, плінтуси), стержні, листи, плівки.

3) Формування виробу під тиском в пресс – формах (дивись малюнок 13 в), складається в наступному. Пресс – порошок, в який входять порошок термореактивного полімеру та подрібненого наповнювача, пластифікатор та інші доданки, надається в нагріту Пресс – форму (матрицю 7) та підлягає тиску. Тиск від пресу передається через пуансон 8. Пресс – порошок при цьому пом’якшується та під тиском заповнює всю порожнина форми, де він відображається в готовий виріб 4. Цим засобом виготовляють санітарно – технічну арматуру, електротехнічний пристрій, рукоятки важелів та ін. Різновидність формування під тиском - пресування методом еластичного пуансону, за допомогою якого з листових шарових або волокнистих матеріалів виготовляють ванни, раковини, мийниці та інші крупно габаритні вироби.

4) Роздувним формуванням (роздумом) з мундштука екструзіонної голівки витискають заготівку в формі шлангу. Відрізок заготівки розташовують в роз’єм розкритої форми та зачиняють її. Потім надають стисле повітря, яке роздуваючи пом’якшений матеріал заготівки, притискають його до форми та надає їй задану конфігурацію. Після охолодження виробу форму розкривають та видаляють виріб. Таким засобом виготовляють різноманітні каналізаційні фасонні вироби (сифони, поплавки для змивних бачків).

5) Механічну обробку виробів та деталей з пластмас – розпилювання, різання, фрезерування, свердління, стругання та шліфування – виконують на металообробних станках. При цьому враховують, що багато пластмаси володіють меншою міцністю, ніж метали.

Малюнок 13 – Засоби переробки пластмаси в деталі та вироби:

а – лиття під тиском (інжекція), б – безперервне профільне витискання (екструзія),

в – формування під тиском в пресс – формах; 1 – приємний бункер, 2 – пластмаси,

3 – форма для лиття, 4 – готовий виріб, 5 – гвинтовий конвеєр, 6 – голівка екструдеру, 7 – матриця, 8 – пуансон.

Питання 5 . З’єднання деталей з пластмаси.

Ефективні засоби з’єднання окремих деталей з пластмаси – сварка та склеювання.

Зварювання використовують тільки для термопластичних пластмас. Розрізняють пруткове та контактне зварювання.

При прутковому зварюванні кромки зварювальних поліетиленових труб та

зварювальний пруток нагрівають гарячим повітрям до температури 200…..220оС. При цієї температурі полімер переходить в в’язко текучий стан, після чого під невеликим тиском пруток втискається в стик з’єднувальних деталей. Для зварювання використовують газові та електричні горілки. Після зварювання шов повинен остити на повітрі. При неприродному охолодженні (особливо товстостінних труб) можуть виникнути тріщини із – за нерівномірної усадки матеріалу шва та основного матеріалу.

Контактним зварюванням з’єднують поліетиленові труби в стик та в розтруб. Для цього торці труб нагрівають нагрівальним інструментом до температури плавлення поліетилену. Потім інструмент прибирають та оплавлені поверхні під невеликим тиском з’єднують. В процесі зварювання на поверхні нагрівального інструменту підтримують наступну температуру: при зварюванні труб з поліетилену високого тиску- (18010)^оС та з поліетилену низького тиску – (20010)^оС.

При розтрубному з’єднанні за допомогою контактного зварювання одночасно нагрівають зовнішню поверхню кінця труби та внутрішню поверхню розтруба. Потім швидко всовують оплавлений кінець труби в оплавлений розтруб. При цьому оплавлені шари набувають злегка конічної форми, що створює необхідний тиск виконання з’єднання. Отримане з’єднання повільно охолоджують на повітрі. Перевага розтрубного з’єднання – простота його виконання та можливість само центрування труби в розтрубі.

Електроімпульсне зварювання основана на оплавленні полімерного матеріалу (поліетилену, вініпласту та ін) за допомогою вкладних металевих елементів, нагрівних елементів, нагрівних при пропусканні по ним електричного струму.

При склеюванні міцність з’єднань вище ніж при зварюванні. Для склеювання пластичних мас використовують розчинники або спеціальні клеї. Розчинник, який наносять на пластмасу, визиває пом’якшення та набухання поверхні з’єднувальних деталей, що надає їм клейкості. Щоб забезпечити високу міцність з’єднання, місце склеювання обробляють додатково пресом.

Для склеювання вині пластових труб застосовують розчини перхлорвинилової

смоли, в так звані слабких розчинниках – дихлоретані, ацетоні, трихлоретані або розчинах полівінілхлоридної смоли в сильних розчинниках – циклогексанові та тетрагідрофуране.

Питання 6. Труби з пластмаси.

Пластмасові труби застосовують в різноманітних отраслях громадського господарства, в тому числі в будівництві, де вони необхідні для систем водопостачання та каналізації. Целіспроямованість використання труб з пластмаси обумовлена не тільки економією металу, індустріалізацією виробництва та вкладання, але і теми властивостями, які вигідно відрізняють їх від металевих. Такі труби мають достатні міцність та еластичність, високу корозійну стійкість, невелику масу, низьку теплопровідність, гладку внутрішню поверхню, на якій мініральні речовини не осаджуються. Гідравлічний опір рідини в пластмасових труб менше, ніж в металевих, завляки чому їх пропускаючи властивість на 20…..25% вище. Окрім того, за рахунок виробництва длинномірних пластмасових труб скорочується кількість з’єднань в трубопроводах. Фасонні з’єднувальні частини з пластмас, застосовують при монтажі трубопроводів, гарнтують їх швидку та якісну зборку.

Недоліки пластмасових труб: низька теплостійкість, чутливість до механічних руйнувань, схильність до старіння і т.д.

Поліетиленові труби виготовляють засобом екструзії, тобто методом видавлювання пом’якшеного поліетилену.

Такі труби випускають діаметром від 13 до 150 мм, розрахованими на Рр. до 1,2 МПа. Довжина труб з поліетилену високої щільності діаметром до 50 мм не обмежена, так як вони еластичні і по мірі виготовлення їх можна скручувати в бухти; труби великих діаметрів постачають довжиною 3, 6, 8, 10 та 12 м. Довжина труб з поліетилену низької щільності, які мають жорстку структуру, обмежується 3м.

Полівінілхлоридні (вініпластові) труби виготовляють засобом безперервної екструзії з не пластифікованого полівінілхлориду (вініпласту) та стабілізаторів. Такі труби випускають діаметром до 3 м. Труби розраховані на Рр. до 0,6 МПа.

Полівінілхлориді труби характеризуються стійкістю проти хімічної корозії та діелектричними властивостями. Такі труби легко розплавляються, ріжуться, свердляться, згинаються, зварюються та склеюються. Остання властивість вигідно відрізняється від поліетиленових труб: міцність клею вальних з’єднань в декількох раз вище зварних.

Склопластикові труби широко застосовують на основі епоксидних та поліефірних смол, армованих скловолокном. Такі труби про ізводять значно більших діаметрів, ніж інші пластмасові труби. Оскільки склопластикові труби мають високу міцність, робочий тиск в них може досягти 5МПа. Труби володіють малою теплопровідністю, гарними діелектричними властивостями, високою хімічною та корозійною стійкістю, невеликою гігроскопічністю, достатньою огнестійкістю, вони в 4 рази легше сталевих та можуть витримувати температуру до 150^оС.

Склопластикові труби широко застосовують в нафтовій та хімічній промисловості, а також для іригаційних споруд. З’єднують труби за допомогою фланців, різьби та розтрубів засобом склеювання при монтажі клеями холодного твердіння.

Поліпропіленові труби виготовляють тими ж самими засобами, що і поліетиленові. Для попередження старіння в склад сир’євої композиції вводять 1…..2% газової сажі. Випускають такі труби діаметрами 25 та 50мм, довжиною 6, 8, 10, 12м. Вони володіють декілька більшою теплостійкістю, ніж поліетиленові. Труби характеризуються значною жорсткістю та погано згинаються. Як і поліетиленові, поліпропіленові труби з’єднують за допомогою зварювання, муфт та розтрубів з резиновими ущільнюючими кільцями, а також різьбових з’єднань з накидними гайками.

Поліпропіленові труби застосовують в основному для внутрішніх трубопроводів, які транспортують воду, в тому числі гарячу, а також негорючі рідини, кислоти, щоночі та інші продукти, які не руйнують поліпропілен.

Питання 7. З’єднувальні частини до пластикових труб.

З’єднувальні частини - важливий елемент пластмасових трубопроводів. Відрізняють фасонні з’єднувальні частини для напірних та безнапірних трубопроводів.

Фасонні з’єднувальні частини для напірних трубопроводів виготовляють методом лиття під тиском спеціальних композицій поліетилену та полівінілхлориду. Більшість фасонних частин виготовляють з розтрубами, необхідними для з’єднанням з кінцями полівінілхлорид них труб на клею, а з кінцями поліетиленових труб контактною зваркою.

Для з’єднання поліетиленових напірних труб промисловість випускає різнопрохідні трійники, сиділки та заглушки.

Фасонні частини для безнапірних (каналізаційних трубопроводів виготовляють з стабілізованої газової сажі гранульованого поліетилену високої щільності. Поверхні фасонних частин не повинні мати тріщин, здуттів, сторонніх включень та прокольних рисок, витяжок по місцях змикання форми та місцям сопряжіння стержней.

При монтажі трубопроводі використовують як роз’ємні так і нероз’ємні з’єднання. Роз’ємні з’єднання виконують за допомоги фасонних частин, які мають розтруб, різьбу чи фланець, а нероз’ємні – з застосуванням фасонних частин на клею чи на зварці.

Поліетиленові труби з’єднують з фасонними частинами в основному контактною зваркою, а полівінілхлоридні – на клею.

Фасонні та з’єднувальні частини:

Ескіз деталі	Назва
	Трійник 90^о;
	Хрестовина 90^0;
	Хрестовина двохплоскосна;
	Перехідна муфта;
	Відвід 90^0;
	Ревізія;
	З’єднувальна муфта;
	Компенсаційний патрубок.

Питання для контролю знань:

1. Дайте визначення пластмасам, якими властивостями вони володіють?

2. З яких елементів складаються пластмаси? Охарактеризуйте кожний елемент.

3. Які загальні властивості пластмаси Вам відомі?

4. Які сучасні види пластичних мас Вам відомі? Охарактеризуйте кожний вид?

5. Які методи переробки пластичних мас Вам відомі?

6. Поясніть яким чином з’єднуються між собою пластичні маси?

7. Де і для чого виготовляють пластикові труби?

8. Які види пластикових труб Вам відомі?

9. Що Ви можете сказати про з’єднувальні частини до пластикових труб?

10. Які фасонні частини застосовують при з’єднуванені пластикових труб?