3.6.Механические характеристики пластмасс

В настоящее время широкое применение в технике получили такие синтетические материалы, как пластмассы, резины, клеи, лаки и т.д. В основе всех этих материалов лежат полимеры – вещества, огромные молекулы которых состоят из многочисленных звеньев – молекул мономеров, химически связанных в длинные линейные или разветвленные цепи (молекулярный вес полимеров от 10000 до 1000000 и выше).

В течение последних десятилетий широкое применение в строительстве и машиностроении нашли пластмассы, которые можно условно разделить на два типа: реактопласты и термопласты. Температура формования пластмасс колеблется от 20⁰С (эпоксидопласты, эфиропласты) до 250350⁰С (полипролпилен, фторопласты).

Реактопластаминазываются пластмассы, получающие в процессе отвердевания необратимые свойства. Эти пластмассы, как правило, обладают высокими модулями упругости и малой растяжимостью (например, у фенопластов модуль упругостиМПа,%; у эпоксидопластовМПа,%).

Термопластаминазываются пластмассы, получающие в процессе формования обратимые свойства. Повторным нагреванием их можно вновь расплавить и снова формовать. Эти пластмассы обычно обладают низкими модулями упругости и большой растяжимостью (например, у полиэтиленаМПа,% ; у полипропиленаМПа,% ).

Как правило, пластмассы являются сложными смесями отдельных компонентов, в которых преобладает какой-либо полимер. Некоторые пластмассы состоят из одного полимера (например, полиэтилен, полистирол). В большинстве же случаев в пластмассы, кроме полимеров, входят еще наполнители, пластификаторы, красители.

Таблица 3.2

Наполнитель	(МПа)	Наполнитель	(МПа)
Без наполнителя	35	Тканевая лента	100
Древесная мука	40	Стеклоткань	280
Асбоволокно	35	Ориентированное стекловолокно	300
Бумажная лента	75

Обычно наполнители – инертные материалы, снижающие расход полимеров и, как правило, повышающие прочность пластмасс. Наполнители бывают порошковые (древесная мука, кварцевая мука, асбестовая мука), волокнистые (хлопковые очесы, асбестовое волокно, стекловолокно) и слоистые (бумага, хлопчатобумажная ткань, древесный шпон, стеклянная ткань). Свойства пластмасс зависят от наполнителей. В таблице 3.2 приведены пределы прочности при растяжении фенопластов при разных наполнителях.

Особо высокой прочностью обладают материалы, получаемые путем горячей пропитки эпоксидной смолой и прессованием очень тонких направленных стекловолокон, например СВАМ 10:1, с отношением продольных и поперечных волокон 10:1. Высокая прочность волокнистых и слоистых пластмасс объясняется тем, что очень тонкие нити, из которых они изготавливаются, значительно прочнее массивных образцов, выполненных из того же материала. Пределы прочности для некоторых наполнителей приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3

Наименование материалов	Предел прочности (МПа)		Толщина нитей (мк)
	В большом объеме	В тонких нитях
Кварцевое стекло	6080	1000025000	36
Силикатное стекло	4060	20006000	26
Карбинол	2028	500800	36
Ацетатцеллюлоза	5387	150200	1520

Пластмассы испытывают большей частью на растяжение. Образцы для испытания обычно не вытачиваются, а штампуются, так же как и изделия из пластмасс. Только образцы из волокнистых или слоистых пластиков вытачиваются.

У некоторых пластмасс предел прочности выше, чем у стали Ст.3, но характеристики пластичности у них невелики (остаточная деформация при разрыве %). Так как удельный вес (кН/м³) пластмасс значительно меньше, чем у стали (в 34 раза), и даже меньше, чем у дюралюминия (примерно в 1,5 раза), то применение этих материалов во многих случаях, когда снижение веса конструкции имеет очень большое значение, оказывается весьма выгодным, например, в авиастроении.

В этих случаях вводят такую характеристику, как удельная прочность, равную отношению предела прочности (в МПа) к удельному весу (в кН/м³) и сравнивают ее для различных материалов (Таблица 3.4).

Таблица 3.4

Наименование материала	Предел прочности при растяжении (МПа)	Удельный вес (кН/м^3)	Удельная прочность
Ст.3	400	78,5	5,1
Сталь 35ХГСА	1650	78,5	21
Дюралюминий Д16	490	28	17,5
Титановый сплав ВТ4	850	45	18,9
Сосна вдоль волокон	80	5,5	14,6
Дельта-древесина	210	12,5	16,8
Текстолит	100	13,5	7,4
СВАМ 1:1	500	19	26,3
СВАМ 10:1	900	19	47,4

Из таблицы видно, что удельная прочность некоторых пластмасс значительно выше, чем у углеродистых сталей, а иногда даже выше, чем у высоколегированных сталей.