Эксплуатационные свойства пластмасс

Эксплуатационные свойства пластмасс проявляются при работе полимерных изделий в разнообразных условиях эксплуатации.

При этом изделия из пластмасс могут эксплуатироваться при повышенных или пониженных температурах, механической нагрузке (кратковременной, длительной статической или циклической, растяжения, изгиба или сжатия, вдавливания тел, ударного воздействия), в условиях трения относительно других тел, при действии электрических нагрузок (внешнего электрического поля, частотных нагрузок, электрической дуги), в пожароопасных условиях, в контакте с пищевыми продуктами и питьевой водой, с органами человека или медицинскими средствами. Детали из пластмасс зачастую работают в условиях сборки (сопряжения) с другими деталями, причем собранная конструкция может работать при повышенных температурах, в среде влажного воздуха или воде. Полимерные изделия работают также в условиях, когда действуют различные химические среды: кислоты, щелочи, спирты, масла и др.

Классификация условий эксплуатации изделий из пластмасс, требования, которые могут предъявляться к эксплуатационным свойствам пластмасс в изделиях, стандартные параметры эксплуатационных свойств и стандарты на методы их определения приведены в табл. 1.2, а основные эксплуатационные свойства пластмасс — в табл. 1.3.

Таблица 1.2

Условия эксплуатации изделий и стандартные параметры,

характеризующие эксплуатационные свойства [1]

Условия эксплуатации	Требования к эксплуатационным свойствам пластмассы в изделии	Стандартный параметр, стандарт на метод определения
Действие тепловой нагрузки	Температурные свойства (тепло- и морозостойкость)
Действие повышенных температур Кратковременное (до 3 мин) повышение температуры без внешней механической нагрузки	Стойкость к размягчению, обеспечивающая формоустойчивость (кратковременная теплостойкость)	Температура размягчения по Вика Т _в, °С, нагрузка 9,8 Н ГОСТ 15088–83, ГОСТ 15065–69
Длительная эксплуатация при повышенной температуре (возможна механическая нагрузка)	Стойкость к размягчению, обеспечивающая формоустойчивость (длительная теплостойкость)	Температура размягчения при изгибе Т _р.и2, °С, напряжение 1,8 МПа ГОСТ 12021–84
Длительная эксплуатация при повышенной температуре без механической нагрузки	Способность сохранять эксплуатационные свойства при длительном (в течение 10 лет) тепловом старении с сохранением более чем на 50% механических (включая ударную прочность) и электрических (электрическая прочность) свойств	Температура длительной эксплуатации (в течение 10 лет) при тепловом старении Т _д1,°С Стандарт, применяемый зарубежными фирмами
То же, исключая ударную прочность	Т _д2, °С
То же, с сохранением только электрических свойств (электрической прочности)	Т _д3, °С
Действие пониженных температур	Работоспособность при пониженных температурах (морозостойкость) без проявления хрупкости – способности разрушаться под действием нагрузки при малых деформациях (до развития высокоэластичной деформации)	Температура хрупкости при изгибе Т _хр, °С ГОСТ 16782–83
Действие механической нагрузки	Механические свойства
Действие кратковременной (1–3 с) нагрузки Нагрузка растяжения	Стойкость к текучести (т. е. к развитию больших необратимых (пластических) деформаций, вызывающих потерю работоспособности детали)	Предел текучести при растяжении σ_т.р, МПа ГОСТ 11262–80
Прочность	Разрушающее напряжение при растяжении σ_р, МПа ГОСТ 11262–80

Продолжение табл. 1.2

Условия эксплуатации	Требования к эксплуатационным свойствам пластмассы в изделии	Стандартный параметр, стандарт на метод определения
Нагрузка растяжения	Жесткость, обеспечивающая малое обратимое деформирование детали (высокий модуль упругости)	Модуль упругости при растяжении Е _р, МПа ГОСТ 9550–81
Эластичность, обеспечивающая способность детали к большим обратимым деформациям (низкий модуль упругости)	То же
Нагрузка изгиба	Прочность (по пределу текучести или напряжению разрушения, вызывающему потерю работоспособности детали)	Прочность при изгибе (предел текучести или разрушающее напряжение) σ_и, МПа ГОСТ 4648–71
Жесткость (высокий модуль упругости)	Модуль упругости при изгибе Е _и, МПа ГОСТ 9550–81
Эластичность (низкий модуль упругости)	То же
Нагрузка сжатия	Прочность (по пределу текучести или напряжению разрушения, вызывающему потерю работоспособности детали)	Прочность при сжатии (предел текучести или разрушающее напряжение) σ_сж, МПа ГОСТ 4651–82
Жесткость (высокий модуль упругости)	Модуль упругости при сжатии Е _сж, МПа ГОСТ 9550–81
Эластичность (низкий модуль упругости)	То же
Действие длительной нагрузки Действие длительной статической нагрузки (растяжения или изгиба) при обычной или повышенной температуре	Стойкость к ползучести — развитию общей деформации (низкая ползучесть)	Модуль ползучести Е _п, МПа Деформация ε, %, развивающаяся в детали при приложении постоянного напряжения σ и температуре Т к моменту времени t Прикладываемое постоянное напряжение σ_п, МПа, которое при температуре Т к моменту времени t вызывает деформацию ε ГОСТ 18197–82
Действие циклической нагрузки (изгиба, растяжения – сжатия и др. при знакопеременном или знакопостоянном законе изменения нагрузки в пределах одного цикла)	Стойкость к усталостному разрушению — сохранение работоспособности	Усталостная прочность σ_у, МПа Выносливость N _в, число циклов DIN 671
Кратковременное (до 30 с) вдавливание других тел	Твердость — способность сопротивляться внедрению других тел	Твердость при вдавливании шарика Н _Б, МПа ГОСТ 4670–77

Продолжение табл. 1.2

Условия эксплуатации	Требования к эксплуатационным свойствам пластмассы в изделии	Стандартный параметр, стандарт на метод определения
Кратковременное ударное воздействие	Ударная прочность: - на деталях без надреза (деталь лежит на двух опорах)	Ударная вязкость по Шарпи на образцах без надреза а _б._н, кДж/м² ГОСТ 4647–80
- на деталях с надрезом (деталь лежит на двух опорах)	Ударная вязкость по Шарпи на образцах с надрезом а _н, кДж/м² ГОСТ 4647–80
- на деталях с надрезом (деталь консольно закреплена)	Ударная вязкость по Изоду на образцах с надрезом а _и._н, Дж/м ГОСТ 4647–80
Трение относительно других тел	Фрикционные свойства
Трение с малым сопротивлением тел перемещению друг относительно друга	Низкий коэффициент трения, обеспечивающий малое сопротивление тел перемещению друг относительно друга	Коэффициент трения по стали К _тр ГОСТ 11629–75
Трение с малым износом	Стойкость к разрушению поверхностного слоя при трении (износостойкость)	Коэффициент износа по сетке К _изн, мм³/(м∙см²) Методика НПО «Пластмассы»
Действие электрических нагрузок	Диэлектрические свойства
Действие внешнего электрического поля	Стойкость к напряженности внешнего электрического поля – к пробою, при котором полимер теряет электроизоляционные свойства и в нем образуется токопроводящий канал	Электрическая прочность Е _пр, кВ/мм, при переменном напряжении, частота 50 Гц ГОСТ 6433.3–71
Сопротивление к пропусканию электрического тока при приложении электрического поля (электрическое сопротивление)	Удельное объемное электрическое сопротивление ρ_υ, Ом∙м ГОСТ 6433.2–71 Удельное поверхностное электрическое сопротивление ρ_s, Ом ГОСТ 6433.2–71
Действие частотных нагрузок	Способность диэлектрика повышать емкость конденсатора	Диэлектрическая проницаемость ε_пр ГОСТ 6433.4–71
Стойкость к необратимому рассеиванию части энергии внешнего электромагнитного поля	Тангенс угла диэлектрических потерь tg δ ГОСТ 6433.4–71
Действие электрической дуги	Способность сохранять электроизоляционные свойства – не образовывать на поверхности детали токопроводящего мостика при действии электрической дуги от переменного тока небольшой силы (10–40 мА) и высокого напряжения	Дугостойкость ДС, с ASTM D 495–73
Действие огня	Огнестойкость
	Пониженная воспламеняемость с учетом падения горящих частиц	Самозатухаемость UL 94
Пониженная горючесть без учета падения горящих частиц	Кислородный индекс КИ, % ГОСТ 21793–76

Окончание табл. 1.2

Условия эксплуатации	Требования к эксплуатационным свойствам пластмассы в изделии	Стандартный параметр, стандарт на метод определения
Требование оптических свойств	Оптические свойства
	Способность пропускать световой поток без изменения направления (прозрачность)	Коэффициент светопропускания К _св, % ГОСТ 15875–80
Малое влияние на изменение скорости света	Коэффициент преломления n _D DIN 53491
Действие тепла и звука	Тепло- и звукоизоляционные свойства
Действие тепла и звука	Способность изолировать тепло и звук	—
Контакт с пищевыми продуктами и питьевой водой	Инертность при контакте с пищевыми продуктами и питьевой водой
Контакт с пищевыми продуктами	Инертность при контакте с пищевыми продуктами	—
Контакт с холодной питьевой водой	Инертность при контакте с холодной питьевой водой	—
Контакт с горячей питьевой водой	Инертность при контакте с горячей питьевой водой	—
Контакт с органами человека и медицинскими средствами	Инертность при контакте с органами человека и медицинскими средствами	—
Сборка (сопряжение) с другими деталями	Точность и стабильность размеров
–при повышенных температурах	Стабильность размеров в результате малого теплового расширения	Средний коэффициент линейного теплового расширения α, °С^–1 ГОСТ 15173–80
– в среде влажного воздуха или в воде	Стабильность размеров в среде влажного воздуха (с относительной влажностью 50–60%)	Равновесное водопоглощение В_ст, %, в стандартных условиях (относительная влажность воздуха 50–60%, температура 20–30°С) ГОСТ 4650–80
То же при пребывании в воде обычной температуры в течение не более 24 ч	Водопоглощение В₂₄, %, в течение 24 ч при 23°С ГОСТ 4650-80
То же при длительном пребывании в воде обычной температуры	Равновесное водопоглощение В_р, %, при 23°С ГОСТ 4650–80
Требование пониженной массы детали	Пониженная масса детали	Плотность ρ, кг/м³ ГОСТ 15139–69
Действие химических реагентов	Стойкость к действию химических реагентов	Химическая стойкость ГОСТ 1202–72

Таблица 1.3