Получение деталей из пластмассы

табл. 1).

Полимеры в твердом состоянии могут быть аморфными и кристалли-ческими. При нагревании аморфного полимера наблюдают три физиче-ских состояния: стеклообразное, высокоэластичное и вязкотекучее. Эти состояния устанавливают на основании кривой термомеханического со-стояния (рис. 4, кривая 1). Аморфный полимер находится ниже тем-пературы стеклования (Тс) в твердом агрегатном состоянии. При темпе-ратуре выше Тс полимер находится в высокоэластичном состоянии; молекулярная подвижность при этом становится настолько большой, что структура в ближнем порядке успевает перестраиваться вслед за измене-нием температуры, а макромолекулы могут изгибаться под действием внешних сил. Общая деформация складывается в этом случае из упругой и запаздывающей высокоэластичной деформации. При упругой дефор-мации изменяются средние межцентровые, межмолекулярные расстоя-ния и валентные углы в полимерной цепи, при высокоэластичной де-формации изменяется ориентация и перемещаются на значительные рас-стояния звенья гибких цепей.

Кристаллизующийся полимер в зависимости от скорости охлаждения расплава полимера может проявлять два вида структур: аморфную и кристаллическую. При медленном охлаждении кристаллизующихся по-лимеров совместная укладка отрезков макромолекул образует структуру макромолекул. Это затрудняет переход их из одной конформации в дру-гую, из-за чего отсутствует гибкость макромолекул и нет высокоэла-стичного состояния (рис. 4, кривая 2). При быстром охлаждении кри-сталлические структуры не успевают полностью сформировываться и поэтому имеется между ними в переохлажденном полимере “зоморо-женная” - аморфная структура. Эта аморфная структура при повторном нагреве до температуры выше температуры плавления (Тпл) создает вяз-котекучее состояние. Кривая 2 на рис. 4 показывает для кристалличе-ской структуры полимера два состояния: кристаллическое (до темпера-туры плавления) и вязкотекучее (выше температуры плавления).

Вязкотекучее состояние, характерное для аморфного и кристалличе-ского состояния полимера, в основном, обеспечивает при течении поли-мера необходимые деформации путем последовательного движения сег-ментов. Вязкость полимера увеличивается с увеличением молекулярной массы полимера, увеличивается также при этом и давление формования изделий.

На рис. 4 представлены термомеханические кривые термопластов, а термомеханическая кривая реактопластов - на рис. 5. Отличие прежде всего заключается в полном прекращении при температуре полимериза-ции деформации термореактивных полимеров, у термопластов при тем-пературе выше температуры ТТ деформация увеличивается. В

заключении отметим, что с увеличением температуры до некоторой величины у полимерного материала начинается процесс термодеструк-ции - разложения материала.

Свойства полимеров, определяющие качество в процессе переработ-ки:

1) реологические: а) вязкостные, определяющие процесс вязкого тече-ния с развитием пластической деформации; б) высокоэластичные, оп-ределяющие процесс развития и накопления обратимой высокоэластич-ной деформации при формовании; в) релаксационные, определяющие релаксацию (уменьшение) касательных и нормальных напряжений, вы-сокоэластичной деформации и ориентированных макромолекулярных цепей;

2) стойкость полимеров к термоокислительной, гидролитической и механической деструкции в процессе формования под действием темпе-ратуры, кислорода, влаги, механических напряжений;

3) теплофизические, определяющие изменение объема, нагрев и охла-ждение изделия в процессе формования и фиксирования формы и разме-ров;

4) влажность, определяющая текучесть материала при формовании и качество изделия (вызывает гидролитическую деструкцию при формо-вании);

5) объемные характеристики сыпучих материалов в твердом состоя-нии (насыпная масса, сыпучесть, гранулометрический состав).

Вязкостные свойства расплава полимеров. Формование изделий из полимеров осуществляют в процессе их вязкого течения, сопровождаю-щегося пластической деформацией. При этом тонкий слой материала, соприкасающийся с неподвижной стенкой инструмента, из-за прилипа-ния к ней имеет нулевую скорость смещения (неподвижен), средний слой - наибольшую скорость смещения V; в режиме установившегося течения связь между напряжением сдвига  и скоростью сдвига  линей-ная (закон Ньютона для вязких жидкостей): =, где  - коэффициент вязкости или вязкость. Характер зависимости скорости сдвига от напря-жения сдвига представляют кривой течения (рис.6), на которой выделя-ют участки: 1 - участок линейной зависимости, характерный только для низких напряжений сдвига; 2 - участок с нелинейной зависимостью, для которого характерно уменьшение вязкости при повышении напряжения сдвига; 3 - участок с высоким напряжением сдвига.

Улучшению течения материала способствуют увеличение температу-ры, увеличение напряжения сдвига, повышение количества влаги, сни-жение давления и уменьшение молекулярной массы расплава.

Многие свойства полимерных материалов в изделиях зависят от структуры, которую формирует процесс переработки. В зависимости от полимера и условий переработки в изделиях возникает аморфная или кристаллическая структура.

Структура изделия с аморфным полимером характеризуется опреде-ленной степенью ориентации участков цепных макромолекул и распо-ложением ориентированных областей по сечению изделия вдоль на-правления сдвига (течения) материала. Это приводит к анизотропии свойств.

Структуру изделия с кристаллическим полимером характеризует оп-ределенная степень кристалличности (от 60 до 95%) и неравномерность кристаллических областей по сечению. Свойства таких изделий, полу-ченных в разных условиях переработки, несмотря на морфологическую схожесть структуры, различны.

Показатели качества изделий из полимерных материалов зависят от свойств, условий подготовки, переработки и физической модификации материала. Внешний вид изделий зависит от условий переработки, чис-тоты материала, влажности.

Диэлектрические показатели и химическая стойкость зависят от хи-мической структуры и модификации полимера.

Механические свойства - прочность, ударная стойкость, деформация, жесткость, теплостойкость - зависят от надмолекулярной структуры, а коэффициент трения и износостойкость, стойкость к горению зависят от химической структуры и модификации.

Эксплуатационные свойства - размерная точность и размерная ста-бильность - зависят, как от химической структуры, молекулярных харак-теристик, технологических свойств, так и от технологии переработки и технологичности конструкции.

Термостабильность полимеров. Основным показателем в этом случае является деструкция.

Деструкция полимеров - это изменение строения макромолекул. Дест-рукция может протекать под действием тепла, кислорода, химических агентов (в том числе воды), света, излучений высокой энергии, механи-ческих напряжений и т.п., как от отдельного, так и от совокупности па-раметров. Она сопровождается уменьшением молекулярной массы, вы-делением газообразных и низкомолекулярных продуктов, изменеием ок-раски и появлением запаха.

Деструкция может сопровождаться не только разрушением макромо-лекул, но и сшиванием их (структурированием), что вызывает увеличе-ние массы и вязкости расплава. Следствием этого является нарушение всех свойств материала, снижение стабильности свойств изделий.

При переработке полимеров может происходить как термоокисли-тельная, так и механическая деструкция, а у гигроскопических материалов еще и гидролиз.

2.3. Пластические массы

2.3.1. Классификация пластмасс

Признаками классификации пластмасс являются: назначение, вид на-полнителя, эксплуатационные свойства и другие признаки.

Классификация пластмасс по эксплуатационному назначению: 1 - по применению, 2 - по совокупности параметров эксплуатационных свойств, 3 - по значению отдельных параметров эксплуатационных свойств.

По применеию различают: 1 - пластмассы для работы при действии кратковременной или длительной механической нагрузки: стеклонапол-ненные композиции полипропилена ПП, этролы, пентапласт, полисуль-фон ПСФ, полиимид ПИ, материалы на основе кремнийорганических соединений и др.; 2 - пластмассы для работы при низких температурах (до минус 40-60 С): полиэтилены ПЭ, сополимеры этилена СЭП, СЭБ, СЭВ, полипропилен морозостойкий, фторопласт ФТ, полисульфон ПСФ, полиимиды ПИ и др.; 3 - пластмассы антифрикционного назначения: фторопласты ФТ, полиимиды ПИ, текстолиты, полиамиды, фенопласты, полиформальдегид ПФ и др; 4 - пластмассы электро- и радиотехниче-ского назначения: полиэтилены ПЭ, полистиролы ПС, фторопласты ФТ, полисульфон ПСФ, полиимиды, отдельные марки эпоксидных и крем-нийорганических материалов и др.; 5 - пластмассы для получения про-зрачных изделий: полистирол ПС, прозрачные марки фторпласта ФТ, полиамидов 6,12, ПЭТФ, полисульфон ПСФ, эпоксидные смолы и др.; 6 - пластмассы тепло- и звукоизоляционного назначения: газонаполнен-ные материалы на основе полиэтилена ПЭ, полистирола ПС, поливинил-хлорида, полиуретана ПУР, полиимида ПИ, фенопласта, аминопласта и др.; 7 - пластмассы для работы в агрессивных средах: полиэтилены ПЭ, фторопласты ФТ, полипропилен ПП, поливинилхлорид ПВХ, полиими-ды ПИ