- •Часть 1
- •1. Структура производства пластмасс
- •Объем и структура производства крупнотоннажных пластмасс [1]
- •Потребление основных видов пластмасс инженерно-технического назначения в различных регионах мира в 1983 г.
- •Объем производства композиционных материалов с армирующими
- •2. Структура переработки пластмасс
- •Примерное распределение пластмасс по методам переработки
- •3. Структура применения пластмасс
- •Деление пластмасс на группы по области применения [3]
- •Рациональные области использования пластмасс в типовых изделиях
- •Марочный ассортимент и области применения конструкционных термопластов [3, 6]
- •Марочный ассортимент и области применения основных
- •Наиболее распространенные области применения некоторых пластмасс
- •Структура применения пластмасс по областям (в % от общего выпуска пластмассы) [1]
-
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Ростовская-на-Дону государственная академия
сельскохозяйственного машиностроения
Кафедра «Конструирование и производство изделий
из полимерных композиционных материалов»
ПРАКТИКУМ
по конструированию и расчетам изделий
из полимерных и композиционных материалов
Учебно-методическое пособие по дисциплине
«Расчеты на прочность и методы испытаний
композитных конструкций» для студентов 4—5-го курсов
специальности 150502 очной формы обучения)
Ростов-на-Дону
2008
Составитель: |
кандидат технических наук, доцент С.А. Шульга |
УДК 6787.57.7(78)
ПРАКТИКУМ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ И РАСЧЕТАМ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ И КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ:
учебно-методическое пособие по дисциплине «Расчеты на прочность и методы испытаний композитных конструкций» / РГАСХМ ГОУ, Ростов н/Д, 2008. –– 224 с.
Даны необходимые сведения о порядке конструирования полимерных изделий. Особое внимание уделено особенностям конструкций полимерных изделий, обусловленным технологическими требованиями, правилам проектирования конструктивных элементов изделий.
Предназначены для студентов 4––5-го курсов специальности 150502 «Конструирование и производство изделий из композиционных материалов» очной формы обучения.
Печатается по решению редакционно-издательского совета академии
Рецензент |
кандидат технических наук, доцент Маяцкая И.А. |
Научный редактор |
кандидат технических наук, доцент Рассохин Г.И. |
© Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Ростовская-на-Дону государственная академия
с
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Показатели свойств:
|
|
||||
а — |
коэффициент температуропроводности, м2/с; |
|
|||
аб.н, ан — |
ударная вязкость по Шарпи на образцах без надреза и в надрезом, кДж/м2; |
|
|||
аи.н — |
ударная вязкость по Изоду на образцах с надрезом, Дж/м; |
|
|||
a — |
средний коэффициент линейного теплового расширения, °С–1; |
|
|||
В, Вр, В24, Вст — |
влажность, равновесное водопоглощение при 23 °С, водопоглощение в течение 24 ч при 23 °С и равновесное влагопоглощение в стандартных условиях (относительная влажность воздуха 50...60 % при 20...23 °С), %; |
|
|||
ср — |
удельная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(кг×К); |
|
|||
— |
скорость сдвига, с–1; |
|
|||
ДС — |
дугостойкость, с; |
|
|||
Еи, Ер и Есж — |
модуль упругости при изгибе, растяжении и сжатии, МПа; |
|
|||
Еп — |
модуль ползучести, МПа; |
|
|||
Епр — |
электрическая прочность, кВ/мм; |
|
|||
еког — |
плотность энергии когезии, кДж/м3; |
|
|||
e — |
деформация, %; |
|
|||
eпр — |
диэлектрическая проницаемость; |
|
|||
F — |
сила (усилие), Н; |
|
|||
НБ — |
твердость при вдавливании шарика, МПа; |
|
|||
h — |
толщина, мм; |
|
|||
h — |
вязкость, Па∙с; |
|
|||
hотн — |
относительная вязкость раствора полимера; |
|
|||
hуд — |
удельная вязкость раствора полимера; |
|
|||
КИ — |
кислородный индекс, %; |
|
|||
Кизн — |
коэффициент износа по сетке, мм3∙(м∙см2)–1; |
|
|||
Ксв — |
коэффициент светопропускания, %; |
|
|||
Ктр — |
коэффициент трения по стали; |
|
|||
L — |
длина, м; |
|
|||
l — |
коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙К); |
|
|||
М — |
молекулярная масса; |
|
|||
— |
средняя молекулярная масса; |
|
|||
, , , — |
среднечисленная, средневязкостная, среднемассовая и z-средняя молекулярные массы; |
|
|||
ММР — |
молекулярно-массовое распределение; |
|
|||
N — |
число циклов нагрузки; |
|
|||
NВ — |
выносливость при циклической нагрузке; |
|
|||
nD — |
коэффициент преломления; |
|
|||
О.В — |
относительная влажность воздуха, %; |
|
|||
ПТР — |
показатель текучести расплава; |
|
|||
r — |
плотность, кг/м3; |
|
|||
rV — |
удельное объемное электрическое сопротивление, Ом∙м; |
|
|||
rS — |
удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом; |
|
|||
s — |
напряжение, МПа; |
|
|||
sт.р,— |
предел текучести при растяжении, МПа; |
|
|||
sр, sи, sсж — |
разрушающие напряжения (прочности) при растяжении (прочность при разрыве), изгибе и сжатии, МПа; |
|
|||
sу — |
усталостная прочность, МПа; |
|
|||
Т — |
температура, °С; |
|
|||
ТВ— |
температура размягчения по Вика при нагрузке 9,8 Н; |
|
|||
Тр.и1, Тр.и2 — |
температуры размягчения при изгибе при напряжениях соответственно 0,46 и 1,8 МПа; |
|
|||
Тд1, Тд2, Тд3 — |
температура длительной эксплуатации при тепловом старении: — с учетом сохранения механических (включая ударную прочность) и электрических свойств; — с учетом сохранения механических (исключая ударную прочность) и электрических свойств; — с учетом сохранения электрических свойств; |
|
|||
Тпл, Тс, Тт — |
температуры плавления, стеклования и текучести; |
|
|||
Тхр — |
температура хрупкости при изгибе; |
|
|||
t — |
время, с; |
|
|||
tgd — |
тангенс угла диэлектрических потерь; |
|
|||
t — |
напряжение сдвига, МПа; |
|
|||
VW — |
вандерваальсовский объем макромолекул, м3/кмоль; |
|
|||
ЧВ — |
число вязкости раствора полимера, мл/г. |
|
|||
Условные обозначения полимерных материалов:
● термопластичные материалы (термопласты):
|
|
||||
АБС — |
сополимер стирола с бутадиеном и нитрилом акриловой кислоты; |
|
|||
АБС/ПВХ — |
материал на основе сополимера стирола с бутадиеном и нитрилом акриловой кислоты и поливинилхлорида; |
|
|||
АБС/ПК — |
материал на основе сополимера стирола с бутадиеном и нитрилом акриловой кислоты и поликарбоната (стилон); |
|
|||
АБС/ПСФ — |
материал на основе сополимера стирола с бутадиеном и нитрилом акриловой кислоты и полисульфона; |
|
|||
АБС/ПУР — |
материал на основе сополимера стирола с бутадиеном и нитрилом акриловой кислоты и полиуретана; |
|
|||
АБЦЭ — |
ацетобутиратцеллюлозный этрол; |
|
|||
АК — |
сополимер полиамида 66 и полиамида 6; |
|
|||
АЦЭ — |
ацетилцеллюлозный этрол; |
|
|||
БСПЭ — |
блоксополимер пропилена с этиленом; |
|
|||
МС — |
сополимер стирола с метилметакрилатом; |
|
|||
МСН — |
сополимер стирола с метилметакрилатом и нитрилом акриловой кислоты; |
|
|||
НЦЭ — |
нитроцеллюлозный этрол; |
|
|||
ПА — |
полиамиды; |
|
|||
ПА 66 — |
полиамид 66; |
|
|||
ПА 6 — |
полиамид 6; |
|
|||
ПА 610 — |
полиамид 610; |
|
|||
ПА 612 — |
полиамид 612; |
|
|||
ПА 11 — |
полиамид 11; |
|
|||
ПА 12 — |
полиамид 12; |
|
|||
ПАИ — |
полиамидимид; |
|
|||
ПАЛИ — |
полиалканимид; |
|
|||
ПАР — |
полиарилат; |
|
|||
ПБО — |
полибензоксазол; |
|
|||
ПБТФ — |
полибутилентерефталат; |
|
|||
ПВДФ — |
поливинилиденфторид; |
|
|||
ПВФ — |
поливинилфторид; |
|
|||
ПВС — |
поливиниловый спирт; |
|
|||
ПВХ, ПВХ В, ПВХ П — |
поливинилхлорид, поливинилхлорид непластифицированный (винипласт) и поливинилхлорид пластифицированный (пластикат); |
|
|||
ПК — |
поликарбонат; |
|
|||
ПММА — |
полиметилметакрилат; |
|
|||
ПМП — |
поли-4-метилпентен-1 (темплен); |
|
|||
ПОД — |
полиоксадиазол; |
|
|||
ПП — |
полипропилен; |
|
|||
ПС, ПСо, ПСбл, ПСэ, ПСу, ПСс — |
полистирол, полистирол общего назначения, блочный, эмульсионный, ударопрочный и суспензионный; |
|
|||
ПСФ — |
полисульфон; |
|
|||
ПТ — |
пентапласт; |
|
|||
ПТФХЭ — |
политрифторхлорэтилен; |
|
|||
ПТФЭ — |
политетрафторэтилен; |
|
|||
ПФ — |
полиформальдегид; |
|
|||
ПФО — |
полифениленоксид; |
|
|||
ПЭ, ПЭВП, ПЭВП ВМ, ПЭВП КН, ПЭНП — |
полиэтилен, полиэтилен высокой плотности, полиэтилен высокой плотности высокомолекулярный, полиэтилен высокой плотности (катализатор на носителе) и полиэтилен низкой плотности; |
|
|||
ПЭВД, ПЭНД — |
полиэтилен высокого давления, полиэтилен низкого давления; |
|
|||
ПЭИ — |
полиэфиримид; |
|
|||
ПЭС — |
полиэфирсульфон; |
|
|||
ПЭТФ — |
полиэтилентерефталат; |
|
|||
САМ — |
сополимер стирола с a-метилстиролом; |
|
|||
САН — |
сополимер стирола с нитрилом акриловой кислоты; |
|
|||
СЭБ — |
сополимер этилена с a-бутиленом; |
|
|||
СЭВ — |
сополимер этилена с винилацетатом; |
|
|||
СЭП — |
сополимер этилена с пропиленом; |
|
|||
СММА — |
сополимеры метилметалкрилата (с бутилакрилатом или метилакрилатом); |
|
|||
СФ — |
сополимеры формальдегида; |
|
|||
СТФ — |
сополимеры триоксана с диоксоланом; |
|
|||
СФД — |
сополимеры формальдегида с диоксоланом; |
|
|||
ФН — |
фенилон; |
|
|||
ФТ — |
фторопласт; |
|
|||
УПС — |
ударопрочные сополимеры стирола; |
|
|||
● термореактивные материалы (реактопласты):
|
|||||
БФ — |
фенолоформальдегидный олигомер, совмещенный с поливинилбутиралем; |
||||
КС — |
кремнийорганические смолы; |
||||
МАС — |
меламиноальдегидные смолы; |
||||
НПС — |
ненасыщенные полиэфирные смолы; |
||||
ПИ — |
полиимиды; |
||||
ПЭЭК — |
полиэфирэфиркетон; |
||||
ПУ, ПУР — |
полиуретаны; |
||||
ФС — |
фурановые смолы; |
||||
ФФС — |
фенолоформальдегидные смолы; |
||||
ЭС — |
эпоксидные смолы. |
||||
● эластомеры:
|
|||||
БК — |
статистический сополимер изобутилена и 0,6...3,0 % изопрена; |
||||
ДСТ-30 — |
термоэластопласт с 30 % блоков стирола; |
||||
СК — |
синтетический каучук; |
||||
СКД — |
цис-полибутадиеновый; |
||||
СКДЛ — |
цис-полибутадиеновый (литиевый катализатор); |
||||
СКИ — |
цис-полиизопреновый; |
||||
СКМС-30 — |
бутадиен-метилстирольный; |
||||
СКН-18, СКН-26 и т. д. — |
бутадиен-нитрильные с указанным содержанием нитрила акриловой кислоты в макромолекуле (в %); |
||||
СКС-30, СКМС-30 — |
бутадиен-стирольный, бутадиен-метилстирольный с 30 % стирола в макромолекуле; |
||||
СКС-30А — |
бутадиен-стирольный низкотемпературной полимеризации; |
||||
СКТВ — |
метилвинилсилоксановый (до 1 % винилового мономера в макромолекуле); |
||||
СКЭП — |
сополимер этилена (40...70 %) и пропилена; |
||||
СКЭПТ — |
сополимер этилена, пропилена и 1...2 % несопряженного диена; |
||||
СКУ — |
полиуретановый; |
||||
ТЭП — |
термоэластопласт, блок-сополимер бутадиена и стирола. |
||||
Условные обозначения типов марок (пишутся через дефис после указания условного обозначения пластмассы):
|
|||||
А — |
антифрикционный; |
||||
Аизн — |
антифрикционный преимущественно с повышенной износостойкостью; |
||||
Акт — |
антифрикционный преимущественно с пониженным коэффициентом трения; |
||||
Асд — |
антифрикционный с малым отличием статического и динамического коэффициентов трения; |
||||
А (бронзовые шарики) — |
антифрикционный с бронзовыми шариками; |
||||
А (графит) — |
антифрикционный с графитом; |
||||
А (кокс) — |
антифрикционный с коксом; |
||||
А (МоS2) — |
антифрикционный с дисульфидом молибдена; |
||||
А (нитрид бора) — |
антифрикционный с нитридом бора; |
||||
А (ПТФЭ) — |
антифрикционный с политетрафторэтиленом; |
||||
А (ПЭ) — |
антифрикционный с полиэтиленом; |
||||
А (сульфат бария) — |
антифрикционный с сульфатом бария; |
||||
А (ТФЭ) — |
антифрикционный с тетрафторэтиленом; |
||||
А (Ув) — |
антифрикционный с углеродным волокном; |
||||
АД — |
с повышенной адгезионной способностью; |
||||
АНТ — |
с улучшенными антистатическими свойствами; |
||||
АФ — |
с повышенной стойкостью к антифризам; |
||||
БЗ — |
с повышенной стойкостью к бензину; |
||||
ВС — |
вспененный для улучшения теплозвукоизоляции и снижения плотности; |
||||
ВСВ — |
с повышенной стойкостью в атмосфере сухого и влажного воздуха; |
||||
Г — |
с повышенной стойкостью к воде (гидролизостойкий) |
||||
ГЗН — |
с повышенной газонепроницаемостью; |
||||
ДВ — |
с пониженным дымовыделением; |
||||
ДС — |
с улучшенной дугостойкостью; |
||||
ДЭ — |
с улучшенными диэлектрическими свойствами; |
||||
ЖС — |
с повышенной жесткостью; |
||||
ИСК — |
с улучшенной искростойкостью; |
||||
МД — |
с повышенной стойкостью к меди; |
||||
МР — |
с повышенной морозостойкостью; |
||||
МС — |
с повышенной стойкостью к моющим средствам; |
||||
МЦ — |
медицинского назначения (специализация не конкретизируется); |
||||
МЦб.с — |
медицинского назначения, контактирующий с биохимическими средами (кровь и пр.); |
||||
МЦм.и — |
медицинского назначения для медицинских инструментов (шприцы и пр.); |
||||
МЦо.о — |
медицинского назначения для оправ и стекол очков и пр. (контакт с неповрежденной кожей); |
||||
МЦо.ч — |
медицинского назначения, контактирующий с органами человека (внутренней средой организма); |
||||
МЦр.о — |
медицинского назначения, способный рассасываться в организме человека (клеи, швы и пр.); |
||||
МЦу.м — |
медицинского назначения для упаковки медикаментов (контакт с лекарственными препаратами); |
||||
НА — |
наполненный асбестом; |
||||
НАЭ — |
наполненный аэросилом; |
||||
НБв — |
наполненный борным волокном; |
||||
НБш — |
наполненный бронзовыми шариками; |
||||
НК — |
наполненный каолином; |
||||
НМЛ — |
наполненный мелом (карбонат кальция); |
||||
НМН — |
наполненный минеральным наполнителем; |
||||
НПс — |
наполненный полыми сферами; |
||||
НС — |
наполненный стекловолокном; |
||||
НСк — |
наполненный стекловолокном коротким; |
||||
НСу — |
наполненный стекловолокном с повышенным армирующим эффектом; |
||||
НСЛ — |
наполненный слюдой; |
||||
НСЛу — |
наполненный слюдой с повышенным армирующим эффектом; |
||||
НСш — |
наполненный стеклянными шариками; |
||||
НСЖ — |
наполненный сажей; |
||||
НТ — |
наполненный тальком; |
||||
НУв — |
наполненный углеродным волокном; |
||||
ОВО — |
оптический для волоконной техники; |
||||
ОГН — |
с улучшенной огнестойкостью; |
||||
ОГН1 — |
с улучшенной огнестойкостью — класс V1 по стандарту UL 94; |
||||
ОГН2 — |
с улучшенной огнестойкостью — класс V0 по стандарту UL 94; |
||||
ОЛЗ — |
оптический для линз, оболочек светопровода; |
||||
ОПТ — |
оптический для светотехники; |
||||
ОЧЦ — |
оптический для оптических изделий черного цвета; |
||||
ПВг — |
пищевого назначения, контактирующий с горячей питьевой водой; |
||||
ПВх — |
пищевого назначения, контактирующий с холодной питьевой водой; |
||||
ПР — |
с улучшенной прозрачностью; |
||||
ПЩ — |
пищевого назначения (специализация не конкретизируется); |
||||
РК — |
рентгеноконтрастный; |
||||
РС — |
с повышенной радиационной стойкостью; |
||||
СГ — |
с повышенной стойкостью в атмосфере сухих газов; |
||||
СД — |
с повышенной стойкостью к солидолу; |
||||
СРВ — |
с улучшенной стабильностью размеров во влажной среде; |
||||
СРР — |
с повышенной стойкостью к растрескиванию; |
||||
СРТ — |
с улучшенной стабильностью размеров при повышенных температурах; |
||||
ТВ — |
с повышенной твердостью; |
||||
ТВфэ — |
с повышенной стойкостью к тепловому старению и горячей воде без ухудшения физиологической инертности и электрических свойств; |
||||
ТК — |
тканеэквивалентный; |
||||
ТР — |
с повышенной стойкостью к термитам; |
||||
ТРИ — |
триингостойкий; |
||||
ТС — |
с повышенной теплостойкостью; |
||||
ТСТ — |
с повышенной стойкостью к тепловому старению; |
||||
ТСТэ — |
с повышенной стойкостью к тепловому старению без ухудшения электрических свойств; |
||||
ТУФВ — |
с повышенной стойкостью к тепловому старению, УФ-лучами и влаге; |
||||
ТУФВэ — |
с повышенной стойкостью к тепловому старению, УФ-лучам и горячей воде без ухудшения электрических свойств; |
||||
УП — |
с повышенной ударной прочностью; |
||||
УПм — |
с повышенной ударной прочностью, сохраняющейся при низких температурах; |
||||
УПмм — |
с повышенной ударной прочностью за счет увеличения молекулярной массы; |
||||
УПс — |
с повышенной ударной прочностью в сухом состоянии (для гигроскопичных полимеров); |
||||
УСА — |
с пониженной анизотропией усадки; |
||||
УФ — |
с повышенной стойкостью с УФ-лучам; |
||||
УФВ — |
с повышенной стойкостью к УФ-лучам и влаге; |
||||
УФТ — |
с повышенной стойкостью к УФ-лучам и тепловому старению; |
||||
ФП — |
фоторазрушаемый; |
||||
ХС — |
с повышенной химической стойкостью; |
||||
Э — |
с повышенной эластичностью; |
||||
ЭП — |
с улучшенной электропроводностью; |
||||
ЭП (бронза) — |
с улучшенной электропроводностью за счет бронзы; |
||||
ЭП (графит) — |
с улучшенной электропроводностью за счет графита; |
||||
ЭП (железный порошок) — |
с улучшенной электропроводностью за счет железного порошка; |
||||
ЭП (сажа) — |
с улучшенной электропроводностью за счет сажи. |
ВВЕДЕНИЕ
Основные задачи конструктора-машиностроителя — создание новых и модернизация существующих изделий, подготовка чертежной документации, обеспечивающей высокие технологичность и качество изготавливаемых по этой документации изделий. Решение этих задач связано, в том числе, с выбором необходимых точности изготовления изделий, шероховатости поверхности, допусков отклонений от геометрической формы и расположения поверхностей.
Конструирование полимерных изделий имеет ряд особых сложностей, связанных с некоторыми уникальными свойствами пластмасс, — здесь и необходимость принимать во внимание не только внешние факторы (нагрузки, температуру, окружающую среду), но и внутренние (т. е. характеристики самого полимерного материала — его усадку, температурно-временную зависимость физических свойств, старение); здесь и обязательность учета «чрезмерной» ползучести пластмасс и значительной анизотропии их свойств (в особенности композитных конструкций); здесь и бросающийся в глаза недостаток в отечественной литературе четко, ясно и полно сформулированных методик расчета полимерных изделий и конструкций с учетом всех перечисленных выше факторов.
«Жизнь» полимерной детали включает в себя, в общем случае, пять этапов: 1) проектирование детали; 2) ее изготовление тем или иным способом; 3) хранение детали с момента изготовления до сборки; 4) сборку деталей (в некоторую конструкцию); 5) работу собранных воедино деталей в заданных условиях. Соответственно и точность полимерных изделий выступает на практике в следующих «амплуа»: а) проектная — нормированная — точность; б) точность изготовления деталей различными методами; в) точность деталей (сохранение точности) при их хранении с момента их изготовления до сборки; г) точность сборки деталей; д) сохранение точности деталей и посадок деталей при эксплуатации в заданных условиях. Расчеты пластмассовых деталей, в том числе и расчеты их точности, должны, естественно, охватывать все пять указанных этапов.
Материал, излагаемый в настоящем практикуме, достаточно полно приспособлен к образовательным нуждам, а предлагаемые методики расчета, важные и полезные с учебной точки зрения, максимально детализированы, алгоритмизированы и проиллюстрированы конкретными расчетами; кроме того, приведены необходимые справочные данные, и все встречаемые по тексту определения разъяснены — для того, чтобы расчеты по описанным методикам могли быть выполнены без обращения к дополнительной литературе
Умения быстро «прочитать» чертеж любой конструкции и любого механизма (в частности, чертежи конструкций из полимерных материалов) и понимать в совершенстве язык метрологии и стандартизации (т. е., опять-таки, знание всех обозначений и условных знаков, которые встречаются в машиностроительных чертежах, — в частности, все обозначения параметров нормированной точности) — эти умения относятся, безусловно, к числу важнейших умений и навыков, которыми должен обладать по окончании машиностроительного вуза молодой инженер. Развить эти умения (как, впрочем, и любые другие) студент может только при многократном решении различных учебных и практических проблем и задач, зачастую довольно однообразных, но имеющих целью запоминание «до автоматизма» нужных понятий, действий, знаний. Методики инженерных расчетов, приведенные в настоящей книге и являющиеся, с методической точки зрения, выразительной иллюстрацией уникальных свойств пластмасс, могут быть полезны не только в учебной, но и в производственной практике.
Часть 1
КЛАССИФИКАЦИИ И ПРИМЕНЕНИЕ ПМ И ПКМ.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ, СТРУКТУРА
И ФИЗИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ ПМ
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1
СТРУКТУРА ПРОИЗВОДСТВА, ПЕРЕРАБОТКИ
И ПРИМЕНЕНИЯ ПЛАСТМАСС
Задание к практической работе:
ниже в пп. 1—3 приведены данные из работ [1—6], касающиеся структуры производства, переработки и применения полимерных материалов; эти данные относятся, по большей части, к середине 1980-х годов. Проведите, пользуясь данными из Интернет-источников и соответствующей научно-технической литературы, анализ приведенных прогнозов по производству, переработке и применению полимеров — насколько точны эти прогнозы, что изменилось в структуре производства, переработки и применения пластмасс не в соответствии с приведенными прогнозами; приведите данные, которые были Вами найдены и использованы, и сформулируйте соответствующие выводы.
1. Структура производства пластмасс
Пластмассы уже сейчас являются одним из основных видов промышленных материалов; далее их производство получит еще большее развитие. В настоящее время в промышленности существенно изменяется соотношение объемов применения различных материалов, причем доля применения пластмасс значительно возрастает.
Применение пластмасс при правильной его организации характеризуется более высокими технико-экономическими показателями по сравнению с применением других материалов — более высокой производительностью труда при изготовлении деталей, меньшими энергозатратами, более благоприятным экологическим воздействием на окружающую среду.
Мировое производство пластмасс и синтетических смол характеризуется постоянным увеличением; в частности, в 1980 г. — 6,1 млн. т, в 1990 г. — 90 млн. т, в 1995 г. — 115 млн. т, к 2000 г. — 145 млн. Даже в периоды спада экономики в развитых странах прирост производства пластмасс превышает прирост общего валового продукта в 1,5—3 раза.
Производство пластмасс будет перестраиваться в ориентации на более доступные, дешевые и перспективные по природным запасам виды природного сырья — такие, как сырье растительного происхождения, природный газ, уголь, отходы сельского хозяйства. В общем выпуске пластмасс будет возрастать доля композиционных материалов с неполимерными наполнителями. В еще большей степени возрастет эффективность применения пластмасс по сравнению с другими материалами вследствие того, что объем потребления нефти в производстве пластмасс сравнительно невысок и технология получения пластмасс позволяет организовать их производство вблизи места добычи нефти.
Понятно, что эффективность применения пластмасс как сырья возрастает по мере сокращения сроков амортизации различных изделий, основного и вспомогательного оборудования, куда входят детали из пластмасс, увеличения ассортимента изделий широкого потребления и сокращения сроков использования этих изделий в обиходе. Однако стимуляция роста потребления пластмасс только в результате сокращения сроков амортизации деталей и агрегатов постоянно проводиться не может, т. к. во всех странах уделяется все большее внимание рационализации потребления всех видов сырья и увеличению срока службы производимой продукции. Поэтому большое значение приобретают прочные и долговечные пластмассы, обеспечивающие более длительные сроки эксплуатации деталей. Кроме того, возрастает важность всех видов вторичного сырья, т. к. использование вторичного полимерного сырья — это большая сопутствующая проблема и огромный ресурс при производстве и применении полимерных материалов.
Общая структура производства конструкционных пластмасс и синтетических смол, сложившаяся в настоящее время в ряде стран, характеризуется следующими данными (в %):
1) конструкционные пластмассы............................................................... — термопласты..................................................................................... — реактопласты.................................................................................... 2) синтетические смолы и пластмассы для волокон, покрытий и пр.... — термопласты..................................................................................... — реактопласты.................................................................................... |
53,5—62 51—60 2—2,5 38—46,5 31—35 7—11,5 |
Главная особенность структуры производства пластмасс — существенное преобладание объема производства термопластов по сравнению с реактопластами: объем производства реактопластов на основе фенолоформальдегидных и карбамидных смол для изготовления деталей от общего объема пластмасс — в пределах 2—2,5 %, остальной объем составляют термореактивные смолы для пропитки, компаунды, клеи, герметики и т. д.
Структура производства пластмасс в отдельных крупных регионах, таких как США и Япония (табл. 1.1), позволяет оценить перспективы роста рынка пластмасс, т. к. этот рынок в указанных странах незначительно зависит от экспортно-импортных поставок полимерных изделий (практически все производимые в этих странах полимеры используются для удовлетворения внутренних нужд).
Крупнотоннажные материалы (полиолефины, поливинилхлорид, полистирольные пластики) составляют группу пластмасс общетехнического назначения (см. ниже табл. 1.7), применяемых главным образом для изготовления малонагруженных деталей, работающих при невысоких температурах, товаров хозяйственного обихода, различных видов тары и упаковки, изделий культурно-бытового назначения, спортинвентаря, пленок, строительных деталей, изделий санитарно-технического назначения, трубопроводов, шлангов, листов, покрытия кабеля и др. Сферы потребления этих материалов настолько емки, что еще достаточно далеки от насыщения, поэтому сбыт этих материалов в ближайшие десятилетия будет достаточно стабильным. Их применение в новых областях не требует существенных капитальных вложений и значительного изменения существующего уровня техники в сфере их применения.
Таблица 1.1
Структура производства пластмасс в США и Японии [1]
Пластмассы |
1985 г. |
1990 г. |
1995 г. |
2000 г. |
||||
I* |
II |
I |
II |
I |
II |
I |
II |
|
США |
||||||||
Всего |
21000 |
— |
27000 |
— |
34000 |
— |
41500 |
— |
Термопласты |
18100 |
86 |
23400 |
85,3 |
29700 |
86,5 |
36400 |
87,5 |
Полиэтилены |
6800 |
|
9500 |
|
12000 |
|
15000 |
|
Полипропилен |
2250 |
|
3150 |
|
4150 |
|
5200 |
|
Поливинилхлорид |
3200 |
|
3800 |
|
4300 |
|
4850 |
|
Полистиролы |
2100 |
|
2500 |
|
2900 |
|
3300 |
|
Сополимеры стирола |
650 |
|
850 |
|
1100 |
|
1350 |
|
Поливинилацетат |
370 |
|
450 |
|
570 |
|
640 |
|
Полиакрилаты |
300 |
|
390 |
|
500 |
|
630 |
|
Полиамиды |
200 |
|
270 |
|
350 |
|
450 |
|
Фторопласты |
12 |
|
15 |
|
19 |
|
24 |
|
Поликарбонат |
160 |
|
230 |
|
320 |
|
430 |
|
Полифениленоксид |
126 |
|
200 |
|
300 |
|
450 |
|
Полифениленсульфид |
15 |
|
30 |
|
60 |
|
100 |
|
Полисульфон |
20 |
|
40 |
|
70 |
|
110 |
|
Полиалкаленте-рефталаты |
35 |
|
— |
— |
159 |
|
— |
— |
Этролы |
52 |
|
70 |
|
90 |
|
110 |
|
Термореактивные материалы |
2900 |
14 |
3600 |
14,7 |
4300 |
13,5 |
5100 |
12,5 |
Феноло-формальдегидные |
800 |
|
1000 |
|
1150 |
|
1300 |
|
Карбамидные |
750 |
|
900 |
|
1050 |
|
1200 |
|
Алкидные |
350 |
|
400 |
|
450 |
|
500 |
|
Окончание табл. 1.1
Пластмасса |
1985 г. |
1990 г. |
1995 г. |
2000 г. |
||||
I |
II |
I |
II |
I |
II |
I |
II |
|
Ненасыщенные полиэфиры |
630 |
|
810 |
|
1020 |
|
1270 |
|
Эпоксидные смолы |
200 |
|
260 |
|
330 |
|
410 |
|
Силиконовые |
10 |
|
14 |
|
19 |
|
25 |
|
Пенополиуретаны |
1000 |
- |
1400 |
- |
1900 |
- |
2500 |
- |
Япония |
||||||||
Всего |
8600 |
— |
10500 |
— |
12500 |
— |
14400 |
— |
Термопласты |
6650 |
78 |
8120 |
77 |
9700 |
77,5 |
11200 |
78 |
Полиэтилены |
1950 |
|
2490 |
|
3000 |
|
3400 |
|
Полипропилен |
1160 |
|
1310 |
|
1520 |
|
1740 |
|
Поливинилхлорид |
1450 |
|
1600 |
|
1880 |
|
2075 |
|
Полистирол и сополимеры стирола |
1400 |
|
1750 |
|
2130 |
|
2500 |
|
Полиметилметакрилат |
130 |
|
170 |
|
210 |
|
250 |
|
Полиамиды |
80 |
|
120 |
|
155 |
|
190 |
|
Поликарбонат |
45 |
|
35 |
|
90 |
|
120 |
|
Термореактивные материалы |
1950 |
22 |
2380 |
23 |
2800 |
22,3 |
3150 |
22 |
Феноло-формальдегидные |
320 |
|
385 |
|
460 |
|
530 |
|
Карбамидные |
800 |
|
1060 |
|
1090 |
|
1200 |
|
Ненасыщенные полиэфиры |
220 |
|
270 |
|
325 |
|
380 |
|
Элоксидные смолы |
70 |
|
100 |
|
140 |
|
180 |
|
Пенополиуретаны |
250 |
— |
300 |
— |
355 |
— |
405 |
— |
*I — объем производства, тыс. т; II — числитель: доля от общего производства, %; знаменатель: для термопластов — доля от объема производства термопластов, для термореактивных материалов — от объема производства термореактивных материалов, %
Таблица 1.2