16. Достоинства и недостатки пластмасс как конструкционных материалов

Достоинства и недостатки пластмасс определяются их свойствами. Це­лый ряд положительных свойств выдвигает пластмассы на одно из первых мест в качестве современных конструкционных материалов.

К положительным относятся следующие свойства пластмасс.

1. Малый удельный вес - 1,0-2,0 г/см³. У поро- и пенопластов удель­ный вес достигает 0,01 г/см³.

2. Высокая механическая прочность, которая может быть увеличена армированием (слоистые пластики). По своей весовой или удельной прочно­сти (предельная прочность на разрыв, отнесённая к удельному весу) пласт­массы являются самыми прочными материалами из всех ныне известных.

3. Высокие электроизоляционные свойства. Полимеры являются осно­вой или обязательными компонентами практически всех элементов изоляции современных электрических машин, аппаратов и кабельных изделий.

4. Высокая химическая стойкость по отношению к агрессивным средам вплоть до щелочей и концентрированных кислот. Например, фторопласт вы­держивает кипячение в царской водке.

5. Высокие термо- и звукоизоляционные свойства (у пенопластов).

6. Ценные оптические свойства: прозрачность, бесцветность, лучепре-ломляемость (полистирол до 80% превосходит оконное силикатное стекло).

7. Лёгкая окрашиваемость.

8. Высокая пластичность. Это позволяет получать пластмассы в виде тончайших плёнок и нитей и при переработке их в изделия применять безот­ходные технологические процессы.

9. Высокие антифрикционные и самосмазывающие свойства (фторо­пласт, капрон).

10. Высокие фрикционные свойства (при использовании наполнителей из барита, асбеста).

11. Технологичность. Изготовление изделий из полимеров характери­зуется малой трудоёмкостью. Литьём, прессованием и другими методами из­делие может быть получено за один приём сразу «в размер».

12. Значительный температурный интервал (от температуры хрупкости до температуры размягчения или разложения) от -80 до +300°С. У некоторых пластмасс сочетаются морозоустойчивость и теплостойкость.

К недостаткам пластмасс относятся следующие.

1. Сравнительно низкий предел теплостойкости. Для большинства ви­дов пластмасс 80-200°С и лишь у некоторых 300-350°С.

2. Плохая теплопроводность. 0,2-0,6 ккал/м-ч°С против 330 у меди, хо­тя часто это положительное качество.

3. Малая поверхностная твёрдость, боязнь надрезов.

4. Большой коэффициент термического расширения (часто в 10 раз больше, чем у стали).

5. Ползучесть (текучесть), возрастающая с повышением температуры.

6. Старение. Это процессы постепенного разрушения (деструкции) или постепенной сшивки макромолекул (структурирования) и ухудшения качест­венных показателей.

7. Нерентабельность изготовления изделий в небольших количествах из-за больших затрат на оснастку.

17. Методы переработки пластмасс в изделия

Прессование.Наиболее распространён метод прямого (горячего, компрессионного) прессования. Пресс-материал загружается в пресс-форму и подвергается в ней воздействию теплоты и давления. Под их воздействием материал прини­мает конфигурацию пресс-формы. Изделия из реактопластов извлекаются из пресс-формы в горячем состоянии, из термопластов - охлаждаются непо­средственно в пресс-форме.

Основное оборудование прессовых цехов - прессы (обычно применяют гидравлические прессы), насосно-аккумуляторные установки (при использо­вании прессов с групповым приводом), таблеточные машины и установки для предварительного подогрева пресс-материалов.

Так как расход рабочей жидкости (вводно-масляной эмульсии) нерав­номерен во времени, то жидкость накапливают в период уменьшения расхода при помощи насосно-аккумуляторных станций.

Пресс-формы изготавливают из специальных сталей, выдерживающих высокие температуру и механические усилия, а также воздействие химиче­ских соединений. Конструкции пресс-форм чрезвычайно разнообразны. Ос­новные детали - матрица (заглублённая часть пресс-формы) и пуансон (вы­ступающая часть пресс-формы) оформляют внутреннюю поверхность изде­лия. Пуансон обычно крепится к ползуну пресса, а матрица к его основанию.

Обогрев пресс-формы до прессования и её охлаждение после прессова­ния может быть паровым, водяным и электрическим. Вода и пар подаются по специальным каналам в теле пресс-формы. Омический нагрев осуществляет­ся с помощью электрообогревателей, встроенных в тело пресс-формы, одна­ко при этом возможен неравномерный её прогрев. Индукционный нагрев производится пропусканием через тело пресс-формы переменного тока, ин­дуцирующего вихревые токи, которые нагревают форму и материал.

Перед прессованием пресс-порошки обычно подвергают таблетирова-нию - холодному прессованию под невысоким давлением в специальных таблеточных машинах. Использование таблеток технологичнее и дешевле, чем порошков. Предварительный нагрев таблеток перед прессованием осу­ществляется в генераторах токов высокой частоты (40-80 МГц).

Основные операции при прессовании: таблетирование, дозировка, предварительный подогрев материала, загрузка его в пресс-форму, собствен­но прессование и извлечение готового изделия.

Литьё

Свободное (обычное) литьё применяется, когда материал отверждает-ся нагреванием в формах без давления. Жидкий полимер (например оргстек-ло) заливают в формы, которые потом нагревают. Для литья используются 'полимеры, характеризующиеся большой механической подвижностью

Литьё термопластов из расплава напоминает обычное литьё метал­лов. Термопласт (например полиамид) расплавляется и заливается в формы. Недостаток такого вида литья - образование раковин, пустот. Для их умень­шения формы встряхивают.

Если деталь тонкая или полимерная композиция очень вязкая, то до­пускается дожимание пластмассы плунжером при помощи струбцины или рычага. Если формы открытые, то сначала заливают жидкую массу, а затем давлением пуансона или верхней части формы обеспечивают заполнение всего объёма формы.

Режимы литья для некоторых термопластов представлены в таблице 1.3.

Автоклавное литьё. Применяется в основном для переработки грану­лированного капрона и его отходов. Сначала сырьё плавится в автоклаве. За­тем оно под воздействием сжатого инертного газа (обычно азота) нагнетается в форму. Во избежание окисления полимерного материала содержание ки­слорода в азоте не должно превышать 1%.

Литьё под давлением (инжекционное прессование)

Широко используется при переработке термопластов, реже реактопластов. Пресс-форму устанавливают на специальной литьевой машине - термо-пластоавтомате. Пресс-материал автоматически подаётся из бункера литье­вой машины в обогреваемый цилиндр и нагревается в нём до температуры, превышающей температуру его текучести. После этого разогретый пресс-материал давлением плунжера или шнека подаётся (выдавливается) из ци­линдра. Выдавливается он через сопло, литниковую втулку и литниковые ка­налы в оформляющую полость предварительно замкнутой (закрытой) охлаж­даемой пресс-формы (рис. 1.19).

Рис. 1.19. Схема литья полимера под давлением: 1 - выталкиватель,2 - пуансон, 3 ~ матрица, 4 - обогреваемый цилиндр литьевой машины,5 - плунжер цилиндра литьевой машины, 6 - пресс-материал

Способ используется в массовом производстве, как правило, малогаба­ритных деталей и изделий. Преимущества способа:

- даёт возможность сократить рабочий цикл и поднять производитель­ность процесса;

- позволяет формовать изделия сложной формы;

- допускает полную автоматизацию процесса при прессовании изделий без арматуры.