63. Основные свойства полимеров и их краткая характеристика

Полимерами называются соединения, молекулы которых состоят из большого количества атомных группировок, соеди­ненных между собой химическими связями. Основными источни­ками сырья для производства синтетических полимеров являются нефть, природные газы и уголь. На основе полимеров получают пластмассы, лакокрасочные покрытия, клеи, волокна, пленки и другие материалы.

Полимерным материалам свойственны только два агрегатных состояния — твердое и жидкое.

Прочность полимерных материалов зависит от структуры, которую они приобретают в процессе переработки.

Полимеры при обычной температуре могут находиться в од­ном из трех физических состояний: стеклообразном, высокоэла­стическом или вязкотекучем.

В стеклообразном состоянии полимеры устойчивы к нагре­ванию, для них характерны в основном упругие деформации, т.е. после снятия нагрузки они быстро исчезают. В высокоэла­стичном состоянии наблюдаются значительные деформации, которые после снятия нагрузки исчезают лишь в течение неко­торого времени. В вязкотекучем состоя­нии наблюдаются остаточные деформации, при этом макромо­лекулы могут перемещаться относительно друг друга.

Одним из важных свойств полимерных материалов является релаксация механических напряжений. Всякий релаксационный процесс заключается в стремлении системы к восстановлению равновесия, нарушенного в результате теплового движения мо­лекул. у боль­шинства полимеров после снятия нагрузки деформация будет исчезать довольно медленно.Таким образом, в полимерных материалах релаксационные процессы растянуты во времени, что обусловлено перегруппировкой звеньев длинных и перепутанных макромолекул полимера, которые не могут моментально отреагировать на изменение дефор­мационного состояния. Если полимерный образец растянуть и зафиксировать в деформированном состоянии, то можно заме­тить что через некоторое время усилие растяжения вернется к нулю. Это значит, что напряжения в образце исчезли, т.е. произошла их релаксация.

Релаксационную природу имеет и явление ползучести поли­мерных материалов (крип) под действием постоянной нагрузки. С повышением температуры ползучесть полимеров усиливается, что обусловлено облегчением условий взаимного перемещения макромолекул.

При эксплуатации и хранении полимеры подвергаются воз­действию тепла, света, агрессивных сред, атмосферных и других внешних факторов, вследствие чего происходит их старение, т.е. необратимое изменение свойств во времени под влиянием внешней среды.

64. Краткая характеристика основных способов переработки полимеров в изделия

Промышленные способы переработки термопластич­ных полимеров: литье под давлением, экструзия, пневматиче­ское и вакуумное формование, спекание, обработка резанием.

Литье под давлением основано на нагреве материала до вяз-котекучего состояния в специальном цилиндре литьевой маши­ны и последующем его перемещении в литьевую форму под зна­чительным давлением (рис. 34). Полимерный материал в виде гранул подается из загрузочного бункера 6 в нагревательный эле­мент 3, где разогревается до состояния текучести и затем плун­жером 4 выталкивается через сопло 5 в оформляющую полость между подвижной 1 и неподвижной 2 плитами литьевой машины. После остывания полимер приобретает конфигурацию изделия и ввиду значительной усадки легко извлекается из формы. Этим методом получают изделия массой до 10 кг самой широкой но­менклатуры бытового и конструкционного назначения.

Экструзия (или выдавливание) характеризуется непрерыв ностью процесса и высокой производительностью. На одном и том же оборудовании можно получать разные по форме изделия. Про­цесс переработки этим способом осуществляется на специальных червячных машинах — экструдерах (рис. 35). Перерабатываемый термопластичный полимер 2 в виде порошка или гранул из за­грузочного бункера 1 попадает в обогреваемую камеру 3, где пе­реходит в вязкотекучее состояние и выдавливается шнеком 4 через формующее отверстие 5 в головке экструдера. Этим спосо­бом изготавливают трубы, листы, пленки, различные профили, а также наносят изоляцию на электрические провода и кабели.

Пневматическое и вакуумное формование используется для получения объемных изделий из листовых материалов (рис. 36). Сущность способа заключается в том, что требуемая форма на­гретому до высокоэластического состояния листу придается с помощью сжатого воздуха (пневмоформование) или в вакууме (вакуум-формование). Этим способом получают изделия слож­ной конфигурации больших размеров (например, корпуса теле-и радиоаппаратуры, детали автомобилей и др.).

Спеканием перерабатывают термопласты с высокой темпера­турой плавления и большой вязкостью расплава. Этим способом чаще всего перерабатывают фторопласты и высоконаполненные полиэтилен и полипропилен. Технология спекания состоит из операций смешивания компонентов, холодного формования смеси под давлением, последующего спекания и охлаждения изделий. Спекание отформованных изделий проводят при температуре, на 5... 10 °С превышающей температуру плавления базового тер­мопласта.

Наиболее распространенным способом переработки реакто­пластов является прямое прессование. Исходным сырьем при прессовании является пресс-материал — пресс-порошок, пресс-крошка и наполнители, пропитанные смолой и подготовленные к переработке. В полость матрицы пресс-формы загру­жают предварительно таблетированный или порошкообразный материал. Под действием пуансона и нагретой пресс-формы после определенной выдержки изделие отверждается, а затем форма раскрывается и с помощью выталкивателя из нее из­влекается изделие .

Основные операции технологического процесса получения из­делий из реактопластов: подготовка, таблетирование и дозирова­ние материалов; предварительный подогрев таблетированного материала и загрузка его в пресс-форму; смыкание пресс-формы; подпрессовка; выдержка пресс-формы под давлением; разъем формы и извлечение изделия.

В отдельных случаях экономически выгодно изготовление пластмассовых деталей обработкой резанием. В качестве заго­товок в этом случае используют листы, трубы, трубки, профили различного сечения. Иногда возникает необходимость дополни­тельной обработки заготовок, полученных литьем, прессованием и другими способами.