Классификация конструкционных пластмасс

по основным направлениям применения

 

2. Конструкционные пластмассы подразделяют на:

силовые - для изготовления деталей, несущих силовые нагрузки;

антифрикционные - для изготовления деталей скольжения;

электроизоляционные - для обеспечения изоляции арматуры токопроводящих частей электрооборудования и проводов;

прокладочно-уплотнительные - для обеспечения герметичности подвижных и неподвижных соединений узлов.

3. Материалы, относящиеся к той или иной группе конструкционных пластмасс, указаны в табл. 1.

Таблица 1

Конструкционные пластмассы	Материалы
Силовые	Полиамиды, поликарбонаты и их модификации, аминопласты, фторопласты, сополимеры полиэтилена с полиизобутиленом марок ПОВ, сополимеры формальдегида марок СТД и СФД и их модификации, стеклонаполненные полиамиды, кремнепласты, пресс-материалы на основе полимидов
Антифрикционные	Композиционные фторопласты модифицированные, полиамиды и их модификации, сополимеры формальдегида и их модификации, пресс-материалы на основе полиимидов
Электроизоляционные	Полиамиды и их модификации, поликарбонаты, аминопласты, стеклопластики, фторопласты 4 и 3 и их модификации, пресс-материалы на основе полиимидов
Прокладочно-уплотнительные	Полиамиды, поликарбонат, фторопласты 3 и 4, наполненные фторопласты, модифицированные поликарбонаты типов ДНТ и ДАК-42

 

(условные сокращения наименований пластмасс указаны в начале этих методических указаний).

Пластмассы для работы при действии кратковременной или длительной постоянной нагрузки: стеклонаполненные композиции ПП, этролы, ПТ, полиамиды 66, 6, 610, 612, 11, 12, сополимеры полиамидов, ПК, ПФ, сополимеры формальдегида СФ, ПБТФ, ПЭТФ, ПФО, ПСФ, ПЭС, ПАР и стеклонаполненные композиции на основе перечисленных полимеров, ПАЛИ, ПЭИ, ФН, ПИ, ПБО, ПОД, фенопласты, аминопласты, текстолиты, стеклотекстолиты, стеклонаполненные композиции на основе ненасыщенных полиэфиров, материалы на основе кремнийорганических полимеров.

Пластмассы для получения эластичных изделий: ПЭ, сополимеры этилена СЭП и СЭВ, ПП, ПА 12.

Пластмассы для работы при низких температурах (до минус 40…60 ºС): ПЭ, сополимеры этилена СЭП, СЭБ и СЭВ, ПП морозостойкий, ФТ, ПМП, полиамиды 66, 6, 610, 612, 11, 12, ПК, сополимеры формальдегида СФ, ПБТФ, ПЭТФ, ПФО, ПСФ, ПАР, ПАЛИ, ФН, ПИ, ПБО, ПОД.

Пластмассы антифрикционного назначения: ФТ, ПА, ПФ, сополимеры формальдегида СФ, ПБТФ, ПЭТФ, ПАР, композиции фенилона ФН, ПИ, текстолиты, фенопласты.

Пластмассы электро- и радиотехнического назначения: ПЭ, ПП, ПС, ПВХ, ФТ, полиакрилаты (в том числе ПММА), ПК, ПФ, сополимеры формальдегида СФ, ПБТФ, ПЭТФ, ПФО, ПСФ, ПАР, ПИ, ПОД, композиции на основе ненасыщенных полиэфиров, отдельные марки эпоксидных и кремнийорганических материалов.

Пластмассы для получения прозрачных изделий: ПМП, ПС, САН, прозрачные марки ПВХ, прозрачные марки ФТ, полиакрилаты (в том числе ПММА), СММА, сополимер стирола с металметакрилатом МС, МСН, прозрачные марки полиамидов 6 и 12, ПК, прозрачные марки ПЭТФ, полисульфон ПСФ, ПЭС, эпоксидные смолы, ненасыщенные полиэфиры.

Пластмассы тепло- и звукоизоляционного назначения: газонаполненные материалы на основе ПЭ, ПС, ПВХ, ПУР, ПК, ПИ, фенопластов, аминопластов.

Пластмассы для работы в контакте с пищевыми продуктами и питьевой водой: применение пластмасс для этих целей всегда требует специального разрешения для каждой новой детали; к числу предпочтительных для этих целей относятся такие полимеры, как: ПЭ, СЭВ, ПП, ПМП, ПС, УПС, АБС-пластики, ПВХ, ФТ, ПУР, ПТ, полиакрилаты (в том числе ПММА), МСН, ПА, ПК, ПБТФ, ПЭТФ, ПСФ, ПВС, аминопласты. Эти материалы предпочтительно также применять в медицине и медицинской технике.

Пластмассы для работы в агрессивных средах: ПЭ, ПП, 1 ПМП, ПВХ, ФТ, ПТ, ПБТФ, ПЭТФ, ПСФ, ПИ.

Классификация пластмасс по значениям отдельных параметров эксплуатационных свойств: для различных параметров эксплуатационных свойств (температура размягчения, длительной эксплуатации, хрупкости, предел текучести при растяжении, модуль ползучести, усталостная прочность и т. д.) составляют ряды пластмасс, называемые потребительскими. Порядок расположения пластмасс в рядах соответствует снижению (или повышению) значения параметра эксплуатационного свойства (более подробно об этом сказано в [1,7]).

 

 

В настоящее время промышленностью во всем мире выпускается не­сколько тысяч марок пластмасс, включающих широкий перечень тер­мопластичных и термореактивных полимеров и композиций на их основе, используемых для изготовления изделий различного назначе­ния. Важно сделать правильный выбор пластмассы или композицион­ного материала для конкретных условий технологии изготовления данного изделия и его эксплуатации. Лишь в тех случаях, когда такой полимерный материал отсутствует, возникает необходимость создания нового материала, что, естественно, является достаточно дорогостоя­щей задачей. Но и в этом случае выбор базовой пластмассы очень важен, поскольку свойства композиционного материала в основном определяются свойствами выбранной пластмассы. Правильному выбо­ру пластмассы для изготовления данного изделия способствует знаком­ство с разными системами классификации пластмасс, основные виды которых приводятся ниже.

Классификация по химической структуре

Именно изменение хими­ческой структуры и молекулярных характеристик полимерных макро­молекул приводят к закономерному изменению свойств, в числе кото­рых межмолекулярное взаимодействие, растворимость, термодинами­ческая и кинетическая гибкость макромолекул, способность кристаллизоваться, поляризуемость и т.д. [1]. С этой точки зрения в общем виде полимеры можно разделить на карбоцепцые и гетероцеп-ные. К первым относятся, как правило, полимеры непредельных угле­водородов этиленового ряда с различными боковыми заместителями (ПО, ПС, полиакрилаты, полимеры галогенопроизводных этилена и др.). Свойства полимеров этого ряда закономерно изменяются с изме­нением природы боковых заместителей в мономере. С определенной степенью допущения к этой группе можно отнести отвержденные ФФС и другие полимеры, содержащие в основной цепи бензольные кольца.

К гетероцепным относят полимеры, в основной молекулярной цепи которых помимо углерода содержатся атомы других элементов. Клас­сификация этих магериалов аналогична классификации органических веществ. Наиболее часто такими гетероатомами являются кислород (простые и сложные полиэфиры), азот (ПА, ПУ, аминоальдегидные смолы, ПИ и др.), сера (ПСФ), кремний (КС) и некоторые другие.

Классификация по технологическим свойствам — литьевые, экстру-зионные, пресс-материалы, а также материалы для изготовления труб, листов, пленок и т. д. (табл. 24.1) - носит условный характер. Сущест­вуют материалы, которые можно успешно перерабатывать в изделия большинством известных методов (ПО). При этом указание на то, что данный полимер может перерабатываться различными методами, под­разумевает, как правило, что существует определенное количество марок полимера, значительно различающихся по технологическим ха­рактеристикам, например показателю текучести расплава.

Классификация плас гмасс по областям применения. Данная класси­фикация представляет собой выделение из множества полимерных материалов потребительских групп, включающих в себя материалы, сходные по определенному основному эксплуатационному признаку (свойству или совокупности близких свойств), являющемуся наиболее значимым и обязательным для данной области применения [2]. Можно выделить несколько таких трупп (табл. 24.2). Среди них основными являются следующие.

Пластмассы для работы под воздействием кратковременных или длительных статических нагрузок — к о н с т р у к ц и о н н ы е ж естки е мате р и а л ы. Основным признаком их является жесткость (мо­дуль упругости не менее 900 МПа). К этой группе можно отнести ПА. ПК, ПБТ, ПЭТФ, ПФО, сополимеры формальдегида, ПТП, ФН, ПИ, этролы, армированные ПП и НПС, фенопласты, аминопласты, крем-нийорганические композиции и другие.

Пластмассы для работы под воздействием ударных нагрузок — у п р у г о п о д а т л и в ы е, ударопрочные материалы. Удар­ная прочность пластмасс этой группы должна быть не ниже 20 кДж/м², в ряде случаев они должны обеспечивать значительные (в том числе обратимые) деформации. К этой группе можно отнести ПЭ, сополиме­ры этилена с пропиленом или винилацетатом, ПП, ПВХ, фторопласт, ПУ, ПА, ударопрочные сополимеры стирола, а также армированные пластики и др.

Пластмассы, способные работать при повышенных (выше 150° С) температурах, — теплостойкие материалы. К этой группе можно отнести ПА, ПБТФ, ПЭТФ, ПФО, ПТП, ПК, ПСФ, ФН, ПИ, фенопласты, аминопласты, кремнийорганические композиции и др.

Пластмассы, способные работать при низких (ниже —40° С) темпе­ратурах, — морозостойкие материалы. К этой группе отно­сят ПЭ, сополимеры этилена с пропиленом или винилацетатом, моро­зостойкие композиции ПП, фторопласты, ПА, ПК, сополимеры фор­мальдегида, ПФО, ПСФ, ПБТФ, ПЭТФ, ПАР, ПИ и др.

Пластмассы электро- и р а д и о т е х н и ч е с к о г о назначе­ния. Эти материалы должны иметь высокие значения удельного объемного

электрического сопротивления (более 10¹⁰ Ом-м) и малые вели­чины тангенса угла диэлектрических потерь (менее 0,02). К этой группе относят ПЭ, ПП, ПВХ, фторопласты, ПАР, сополимеры формальдеги­да, ПБТ, ПЭТФ, ПСФ, ПФО, ФН, ПИ, композиции на основе ненасы­щенных полиэфиров, отдельные марки эпоксидных и кремнийоргани-ческих композиций и др. Ряд материалов, таких как фенопласты,

аминопласты и др. являются электроизоляционными, но не могут использоваться в радиотехнике из-за высоких значений тангенса угла диэлектрических потерь.

Пластмассы для светотехники — прозрачные материалы. Значение коэффициента светопропускания материалов должно быть не ниже 80%. К ним можно отнести ПС, сополимеры стирола с нитрилом акриловой кислоты и (или) метилметакрилатом, полиакрилаты, про­зрачные марки ПВХ и фторопластов, ПК, ПСФ, этролы, ПЭТФ- и ПА-пленки, аминоальдегидные смолы, ЭС, НПС и др.

Пластмассы с пониженной горючестью — огнестойкие, самозатухающие материалы. К ним относятся материалы, имеющие, например, кислородный индекс горения более 22% или не поддерживающие горения после вынесения их из пламени. К этой группе можно отнести фторопласты, ПИ, ФН, фурановые композиции, менее огнестойкие ПТП и ПВХ, а также огнестойкие композиции других полимеров.

Пластмассы для работы под воздействием ионизирующих излуче­ний — радиационностойкие материалы.К ним относят ма­териалы, сохраняющие работоспособность при длительном воздейст­вии ионизирующих излучений: фторопласты, ПАР, ПИ, композиции на основе ЭС и КС и др.

Пластмассы для работы в агрессивных средах — химически стойкие материалы. Это ПЭ, ПП, ПВХ, фторопласты, ПТП, ПСФ, ПБТ, ПЭТФ, ПИ, кремнийорганические композиции. Помимо полимеров с универсальной химической стойкостью выделяют группы водостойких, масло- и бензостойких, стойких к воздействию окружаю­щей среды, тропикостойких, грибостойких и других пластмасс.

Пластмассы для работы в контакте с пищевыми продуктами и питьевой водой — нетоксичные материалы. Применение пластмасс для этих целей требует разрешения для каждой новой детали, выдаваемого специализированными учреждениями на основе ком­плексного тестирования. К числу предпочтительных для этих целей относятся ПЭ, сополимеры этилена с винилацетатом, ПП, ПС и со­полимеры стирола с другими мономерами (с малым содержанием оста­точного мономера), ПВХ, фторопласты, ПУ, полиакрилаты, ПА, ПК, ПБТ, ПЭТФ, ПСФ, поливиниловый спирт, аминопласты и др. При соблюдении установленных дополнительных требований эти материа­лы можно применять также в медицине и медицинской технике.

Классификация по объему производства включает в себя подразде­ление полимерных материалов на крупнотоннажные, среднетоннажные и малотоннажные.

К крупнотоннажным можно отнести ПО, ПВХ, ПС и со­полимеры стирола, ПУ, а также материалы на основе ФФС, НПС и аминоальдегидных смол. Доля этих материалов достигает 80% от об­щего объема производства пластмасс. Ксреднетоннажным отно­сятся ПА, этролы, ПЭТФ, ПК, ПФО, ЭС, ФС и ряд других полимерных материалов. На долю большинства оставшихся малотоннажных полимерных материалов приходится лишь несколько процентов от общего объема производства. Границы указанных выше групп услов­ны и зависят от структуры производства в данный момент времени. Учитывая опережающее развитие производства полимеров инженерно-технического назначения, в основном относящихся к группе среднетон-нажных материалов, можно ожидать перехода ряда этих полимеров в группу крупнотоннажных.

 

3. МАРОЧНЫЙ АССОРТИМЕНТ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Для конструкционных пластмасс на основе термопластов разработан обширный марочный ассортимент (около 4000 марок), основой которого являются т. н. базовые марки. Для формования изделий используются либо сами базовые марки, либо (что происходит значительно чаще) модифицированные и композиционные материалы с улучшенными свойствами, получаемые на основе базовых марок и разделяемые, в зависимости от назначения, на две подгруппы:

1) марки с улучшенными технологическими свойствами, предназначенные для облегчения и интенсификации процессов переработки пластмасс, обеспечения формования сложных по форме изделий;

2) марки с улучшенными эксплуатационными свойствами, имеющие по сравнению с базовыми марками улучшенные показатели одного или нескольких эксплуатационных свойств (марки с повышенной прочностью и жесткостью, термостабилизированные, с улучшенной атмосферостойкостью и химической стойкостью и т. д.); применение таких марок расширяет эксплуатационные возможности пластмасс.

 

Базовые марки

 

Каждый полимерный материал перерабатывается разными методами в различные группы изделий. Назначение базовых марок – обеспечить рациональную переработку полимерного материала разными методами в разнообразные по размерам и конфигурации изделия на стандартном оборудовании с использованием оптимальных технологических режимов формования.

Базовые марки конкретного вида ПМ могут быть разбиты на группы применительно к возможности формования тем или иным методом; в свою очередь марки, подходящие для конкретного метода формования, могут быть разбиты на группы марок, предназначенных для получения изделий разных размерных групп. В качестве основного параметра при таком разбиении может быть использована вязкость расплава марки ПМ, т. к. реология процессов формования изделий (каким-либо методом) с различными конфигурациями и размерами требует разных величин вязкости. Например, в случае литья под давлением для получения тонкостенных изделий требуется низковязкая марка полимера, а для изготовления толстостенных изделий – высоковязкая.

Таким образом, поскольку для какого-либо одного метода переработки подходят, как правило, несколько базовых марок, то для формования конкретного изделия выбирают ту или другую базовую марку в зависимости от того, к какой размерной группе относится изделие (тонкостенное, средней толщины, толстостенное, простой или сложной конфигурации).

Число базовых марок полимера по вязкости не должно быть значительным, т. к. по объему выпуска базовые марки должны быть крупнотоннажными. Рекомендуется разбивать базовые марки конкретного вида ПМ на 5—7 групп; тогда для различных методов формования подходят такие группы (если общее число групп принять равным 7): а) формование волокон: группы 1—2 (самые низковязкие); б) литье под давлением (литьевые марки): группы 2—6; в) экструзия (экструзионные марки): группы 2—6; г) выдувное формование: группа 6; д) каландрование: группа 6; е) прессование: группа 7 (самая высоковязкая).

Кроме того, в табл. 3.1—3.2 указано, для формования каких изделий (а именно, изделий каких размеров и конфигураций) подходят эти группы базовых марок.

Таблица 3.1