Из чего делают пластмассу окружающий мир. Маркировка пластика или какие виды пластмасс бывают

Что за материал используется при производстве пластиковых тар. Чем пластики отличаются друг от друга? Пластмасса

Определить вид пластмассы, если имеется маркировка, достаточно легко - а как быть, если никакой маркировки нет, а узнать, из чего сделана вещь - необходимо?! Для быстрого и качественного распознавания различных видов пластмасс достаточно немного желания и практического опыта. Методика достаточно проста: анализируются физико-механические особенности пластмасс (твердость, гладкость, эластичность и т. д.) и их поведение в пламени спички (зажигалки).Может показаться странным, но различные виды пластмасс и горят по-разному! Например, одни ярко вспыхивают и интенсивно сгорают (почти без копоти), другие, наоборот, сильно коптят. Пластмасса даже издаёт разные звуки при своем горении! Поэтому так важно по набору косвенных признаков точно идентифицировать вид пластмассы, ее марку.

Как определить ПЭВД (полиэтилен высокого давления, низкой плотности) . Горит синеватым, светящимся пламенем с оплавлением и горящими потеками полимера. При горении становится прозрачным, это свойство сохраняется длительное время после гашения пламени. Горит без копоти. Горящие капли, при падении с достаточной высоты (около полутора метров), издают характерный звук. При остывании, капли полимера похожи на застывший парафин, очень мягкие, при растирании между пальцами- жирны на ощупь. Дым потухшего полиэтилена имеет запах парафина. Плотность ПЭВД: 0,91-0,92 г/см. куб.

Как определить ПЭНД (полиэтилен низкого давления, высокой плотности) . Более жесткий и плотный чем ПЭВД, хрупок. Проба на горение - аналогична ПЭВД. Плотность: 0,94-0,95 г/см. куб.

Как определить Полипропилен. При внесении в пламя, полипропилен горит ярко светящимся пламенем. Горение аналогично горению ПЭВД, но запах более острый и сладковатый. При горении образуются потеки полимера. В расплавленном виде - прозрачен, при остывании - мутнеет. Если коснуться расплава спичкой, то можно вытянуть длинную, достаточно прочную нить. Капли остывшего расплава жестче, чем у ПЭВД, твердым предметом давятся с хрустом. Дым с острым запахом жженой резины, сургуча.

Как определить Полиэтилентерафталат (ПЭТ) . Прочный, жёсткий и лёгкий материал. Плотность ПЭТФ составляет 1, 36 г/см.куб. Обладает хорошей термостойкостью (сопротивление термодеструкции) в диапазоне температур от - 40° до + 200°. ПЭТФ устойчив к действию разбавленных кислот, масел, спиртов, минеральных солей и большинству органических соединений, за исключением сильных щелочей и некоторых растворителей. При горении сильно коптящее пламя. При удалении из пламени самозатухает.

Полистирол . При сгибании полоски полистирола, легко гнется, потом резко ломается с характерным треском. На изломе наблюдается мелкозернистая структура.Горит ярким, сильно коптящим пламенем (хлопья копоти тонкими паутинками взмывают вверх!). Запах сладковатый, цветочный.Полистирол хорошо растворяется в органических растворителях (стирол, ацетон, бензол).

Как определить Поливинилхлорид (ПВХ). Эластичен. Трудногорюч (при удалении из пламени самозатухает). При горении сильно коптит, в основании пламени можно наблюдать яркое голубовато-зеленое свечение. Очень резкий, острый запах дыма. При сгорании образуется черное, углеподобное вещество (легко растирается между пальцами в сажу).Растворим в четыреххлористом углероде, дихлорэтане. Плотность: 1,38-1,45 г/см. куб.

Как определить Полиакрилат (органическое стекло). Прозрачный, хрупкий материал. Горит синевато-светящимся пламенем с легким потрескиванием. У дыма острый фруктовый запах (эфира). Легко растворяется в дихлорэтане.

Как определить Полиамид (ПА). Материал имеет отличную масло-бензостойкость и стойкость к углеводородным продуктам, которые обеспечивают широкое применение ПА в автомобильной и нефтедобывающей промышленности (изготовление шестерен, искуственных волокон…). Полиамид отличается сравнительно высоким влагопоглощением, которое ограничивает его применение во влажных средах для изготовления ответственных изделий. Горит голубоватым пламенем. При горении разбухает, “пшикает”, образует горящие потеки. Дым с запахом паленого волоса. Застывшие капли очень твердые и хрупкие. Полиамиды растворимы в растворе фенола, концентрированной серной кислоте. Плотность: 1,1-1,13 г/см. куб. Тонет в воде.

Как определить Полиуретан. Основная область применения - подошвы для обуви. Очень гибкий и эластичный материал (при комнатной температуре). На морозе - хрупок. Горит коптящим, светящимся пламенем. У основания пламя голубое. При горении образуются горящие капли-потеки. После остывания, эти капли - липкое, жирное на ощупь вещество. Полиуретан растворим в ледяной уксусной кислоте.

Как определить Пластик АВС . Все свойства по горению аналогичны полистиролу. От полистирола достаточно сложно отличить. Пластик АВС более прочный, жесткий и вязкий. В отличие от полистирола более устойчив к бензину.

Как определить Фторопласт-3. Применяется в виде суспензий для нанесения антикоррозийных покрытий. Не горюч, при сильном нагревании обугливается. При удалении из пламени сразу затухает. Плотность: 2,09-2,16 г/см.куб.

Как определить Фторопласт-4. Безпористый материал белого цвета, слегка просвечивающийся, с гладкой, скользкой поверхностью. Один из лучших диэлектриков! Не горюч, при сильном нагревании плавится. Не растворяется практически ни в одном растворителе. Самый стойкий из всех известных материалов. Плотность: 2,12-2,28 г/см.куб. (зависит от степени кристалличности - 40-89%).

Физико-химические свойства отходов пластмасс по отношению к кислотам

Физико - химический свойств отходов пластмасс отходов пластмасс по отношению к щелочам

ЛЮБОЙ пластик выделяет в содержимое бутылки химикаты разной степени опасности.

Пластичность - это главное качество пластмассы, ее неотъемлемая часть. Данный материал очень просто в расплавленном виде принимает любую необходимую форму, но когда он застывает, перед наблюдателем предстает прочный монолит. Смесь, изготовленная из клея и наполнителя, уже может считаться пластмассой, хотя под данное правило попадают как бетон, так и ДСП, и даже папье-маше.

Пластмассой можно назвать и всю синтетику, но при ее производстве сверхтонкие волокна для повышения прочности скручиваются в нити, после чего из них изготавливается сотканное полотно.

Пластмасса сегодня является одним из самых популярных материалов в быту. Она обладает малым весом, сравнительно высокой прочностью. Единственным ее недостатком является возможность деформации под действием даже невысоких температур. Производство пластмассовых изделий - достаточно сложный процесс, несмотря на пластичность данного материала.

Как появилась пластмасса

Два века назад ученые всеми силами пытались изобрести заменитель ценных пород дерева и поделочных материалов. Таким образом, на основе высокомолекулярных органических веществ была получена первая пластмасса. Тогда, в 1839 году, Чарльз Гудиер, являющийся высококлассным химиком, проживающий в америке, изобрел эбонит.

Наиболее ранняя форма пластмассы появилась в 1855 году и была названа “паркезин”. Он основан на измененных химическим путем естественных полимерах, а первооткрывателем его стал английский изобретатель Александр Пайрксом.

Вскоре после достижения Пайрксом невероятных результатов в своих исследованиях, химики перешли на использование синтетических молекул в производстве пластмассы. Первыми материалами, которые послужили основой, стали формальдегид и фенол. Случилось это в далеком 1909 году посредством синтеза. Изделие было названо “бакелитовая мастика”, а ее первооткрывателем стал Лео Эндрик Бекеланд.

Во время Второй мировой войны материал получил свое заслуженное коммерческое развитие. Быт людей был разрушен, а на его восстановление стандартными способами требовалось много усилий. На помощь пришла пластмасса. Она намного дешевле известных натуральных материалов, а кроме того, стала основоположником становления новых представлений о домашнем уюте.

В современном мире пластмасса получила настолько широкое распространение, что ее используют даже в автомобильной промышленности. Основная часть этого материала изготавливается из синтетических полимеров.

История пластмассы очень захватывающая. Ниже приведены даты самых важных событий в истории пластика за последние 150 лет.

Обратите внимание на то, как много видов пластика имеют знакомые торговые названия, как например тефлон (Teflon) и пенопласт (Styrofoam).

Что более интересно, так это то, сколько известных видов пластика на самом деле были обнаружены случайно!

Ранние годы пластика

• 1862 г - открытие паркезина . Паркезин - первый искусственный пластик, который был создан Александром Парксом в Лондоне и представлял собою органический материал, полученный из целлюлозы. После нагревания и предания формы его охлаждали и он сохранял полученную форму;
• 1863 г – открытие нитрата целлюлозы или целлулоида . Материал был открыт Джоном Уэсли Хайатом, когда он пытался найти замену слоновой кости в бильярдных шарах. Целлулоид (Celluloid) стал известен как материал, использующийся в первой гибкой кинопленке для фотографии и кино;
• 1872 г - открытие поливинилхлорида (ПВХ) . Впервые поливинилхлорид был создан немецким химиком Евгением Бауманом, который так и не запатентовал свое открытие. В 1913 году его соотечественник Фридрих Клатте изобрел новый метод полимеризации винилхлорида с использованием солнечного света. Именно он стал первым изобретателем, который получил патент на поливинилхлорид. Тем не менее, применятся ПВХ стал только после того, как в 1926 году Вальдо Семон усовершенствовала материал.

Период перед Второй мировой войной

• 1908 г - открытие целлофана ®. В 1900 году швейцарского инженера текстильной промышленности Жака Э. Бранденбергера впервые посетила мысль создать прозрачный, защитный материал для упаковки . В 1908 году он разработал первую машину по производству прозрачных листов регенерированной целлюлозы. Первым клиентом Жака стала американская компания по производству конфет «Whitman’s», которая решила использовать целлофан для обертывания шоколада;
• 1909 г - открытие бакелита . Бакелит (полиоксибензилметиленгликольангидрид) был одним из первых видов пластика, изготовленных из синтетических компонентов. Он был разработан химиком Лео Бекеландом, уроженцем Бельгии, проживавшим в Нью-Йорке. Бакелит, фенолформальдегидная термореактивная смола, благодаря его низкой электрической проводимости и термостойким свойствам применяется в электрических изоляторах , корпусах для радио и телефонов и в таких разнообразных изделиях, как посуда, ювелирные изделия, трубы и детские игрушки;
• 1926 г - открытие винила или ПВХ . Винил был изобретен в США Вальтером Симоном, исследователем из компании по производству компонентов для самолетов «B.F. Goodrich». Впервые материал был использован в шарах для гольфа и каблуках. Сегодня винил является вторым самым производимым пластиком в мире и используется во многих изделиях, таких как занавески для душа, плащи, провода, различные приборы, напольная плитка, краски и поверхностные покрытия;
  
• 1933 г - открытие поливинилиденхлорида (ПДВХ/PVDC) или сарана (Saran) . Материал был случайно обнаружен Ральфом Вайли в лаборатории американской химической компании «Dow Chemical» и был впервые использован военными для покрытия им истребителей для защиты от соленой морской воды. Производители автомобилей также использовали поливинилиденхлорид в качестве обивочного материала. После Второй мировой войны компания нашла способ избавиться от зеленого цвета и неприятного запаха сарана и, таким образом, его одобрили для изготовления в качестве упаковочного материал для пищевых продуктов . В 1953 году его стали продавать под торговым именем «Saran Wrap»®;
• 1935 г - открытие полиэтилена низкой плотности (ПЭВД/LPDE) . Этот материал был обнаружен Реджинальдом Гибсоном и Эриком Фосеттом в лаборатории британского промышленного гиганта «Империя химической промышленности» (Imperial Chemical Industries) в двух видах: полиэтилен низкой плотности (ПЭВД /LDPE) и полиэтилен высокой плотности (HDPE/ПЭНД) . Полиэтилен является дешевым, гибкий, прочный и химически стойким материалом. ПЭВД используется для изготовления пленок и упаковочных материалов , в том числе и полиэтиленовых пакетов. ПЭНД чаще всего используется для изготовления контейнеров, сантехники и автомобильных запчастей ;
• 1936 г - открытие полиметилметакрилата (ПММА) или акрила . К 1936 году американские, британские и немецкие компании производили полиметилметакрилат, более известный как акрил. Хотя акрил в наши дни широко применяется в жидком виде красках и синтетических волокнах, в твердом виде он довольно крепкий и более прозрачный, чем стекло. Торговые марки «Plexiglas» и «Lucite» продают акрил как заменитель стекла ;
• 1937 г - открытие полиуретана . Полиуретан - органический полимер , который был изобретен химиком Отто Байером из немецкой компании «Фридрих Байер и Компания». Полиуретаны используются в виде эластичного пенопласта в обивке, матрацах, затычек для ушей, химически стойких покрытиях, в специальных клеях, в герметиках и упаковке. В твердой форме полиуретан используется в материалах для термоизоляции зданий , в водонагревателях, при рефрижераторных перевозках, при коммерческих и некоммерческих охлаждениях. Полиуретаны продаются под торговыми названиями «Igamid»® в качестве пластмассовых материалов и «Perlon»® в качестве волокон;
  
• 1938 г - первое применение полистирола . Полистирол был впервые обнаружен в 1839 году немецким аптекарем Эдуардом Симоном, но его начали применять только в 1930-х годах, когда ученые из самой крупной химической компании в мире «BASF» разработали коммерческий способ изготовления полистирола. Полистирол является прочным пластиком, который можно изготавливать литьем под давлением, прессованием, экструзией или формованием с раздувом. Материал широко применяется в пластиковых стаканах, картонных коробках для яиц, в упаковках для арахиса, а также в строительных материалах и электроприборах ;
• 1938 г - открытие политетрафторэтилена (ПТФЭ) или тефлона . Полимер был открыт случайно химиком Ройем Планкеттом, работавшим тогда на американскую химическую компанию «DuPont». ПТФЭ был одним из самых широко применяемых пластиков на войне, который (совершенно секретная информация!) наносили на металлические поверхности в качестве защитного покрытия с низким коэффициентом трения для предотвращения царапин и коррозии. В начале 1960-х годов огромной популярностью стали пользоваться тефлоновые антипригарные сковороды. ПТФЭ был позже использован для синтеза первых мембранных тканей «Gore-Tex». Смешивая тефлон с соединениями фтора, получают материал, который используется для изготовления ложных ракет, чтобы отвлечь ракеты с тепловым наведением;
• 1938 г - открытие нейлона и неопрена . Оба материала были разработаны Уоллесом Каротерсом, когда его команда исследователей из компании «DuPont» пыталась найти синтетическую замену шелку. Неопрен, синтетический каучук, был впервые изготовлен в 1931 году. Дальнейшие исследования полимеров привели к развитию нейлона, известный также как «чудо-волокно». В 1939 году компания «DuPont» впервые объявила и продемонстрировала нейлон и нейлоновые чулки американской общественности на Всемирной выставке в Нью-Йорке. Также нейлон ранее применялся в изготовлении лески, хирургической нити и зубной щетки;
• 1942 г - открытие ненасыщенного полиэстера или ПЭТ (еще называют полиэфир, лавсан и дакрон ). Материал был запатентован английскими химиками Джоном Рекс Уинфилдом и Джеймсом Теннант Диксоном и применялся для изготовления синтетических волокон , которые продавали в послевоенное время. Так как полиэстер более плотный по сравнению с другими дешевыми видами пластмассы, его применяют в изготовлении бутылок для газированных и кислых напитков. И так как полиэстер также крепкий и устойчивый к стиранию, он используется для изготовления механических запчастей , пищевых подносах и других предметах. Пленка из полиэстера от компании «Mylar» используются в аудио и видео кассетах.

Фторопласт обладает довольно низким коэффициентом трения, хорошей износостойкостью, стойкостью к воздействиям повышенных температур, благодаря чему успешно используется в различных отраслях.

Важные открытия после Второй мировой войны

• 1951 г - открытие полиэтилена высокой плотности или полипропилена . Два американских химика Пол Хоган и Роберт Бэнкс, работающие в нефтяной компании «Phillips Petroleum» в Нидерландах, нашли способ производства кристаллического полипропилена. Полипропилен похож на своего «родственника» полиэтилена и его стоимость относительно низкая, но в отличие от полиэтилена, он гораздо более крепкий и используется практически повсюду, начиная с изготовления пластиковых бутылок и заканчивая коврами и пластиковой мебелью. Применяют его очень активно и в автомобильной промышленности;
• 1954 г - открытие пенополистирола (Styrofoam) или пенопласта . Английское обозначение пенополистирола «Styrofoam» а качестве торгового названия позаимствовала химическая компания «The Dow Chemical Company». Пенопласт был изобретен случайно ученым Рэем Макинтайром, который пытался изготовить гибкий электрический изолятор, комбинируя стирол с изобутиленом под давлением, что являлось довольно взрывоопасным соединением. В результате его эксперимента был открыт пенополистирол с пузырьками, который в 30 раз легче обычного полистирола.

Оглянитесь вокруг комнаты, где Вы находитесь прямо сейчас, и подсчитайте, сколько предметов полностью или частично состоят из пластика. Вы сразу увидите, насколько пластик вездесущ. Он действительно везде!

Видео: "Пластик - уникальный синтетический материал"

Полимеры являются важной частью химической индустрии. Поэтому все, кто работает в сфере химической индустрии или увлекается ею, знают основные виды пластмасс .

Химическая промышленность специализируется на производстве продуктов путем химической переработки сырья. Отрасль достаточно сложно структурирована и имеет в своем составе более 20 сегментов. Одним из них является производство полимеров. Это непосредственно касается и производства пластмасс, которое относится к органической химии.

Производство полимерных материалов динамично развивается и набирает большие обороты. В некоторой степени оно определяет развитие научно-технического прогресса.

Отрасль производства пластмасс занимает особое место в химической индустрии. Они используются во многих отраслях народного хозяйства.

Виды пластмасс

Пластмассами называются органические материалы, созданные на основе синтетических или природных полимеров. Полимеры – высокомолекулярные природные или синтетические соединения.

Пластмассы делятся на несколько групп. Основные виды: простые и сложные. Простые состоят из чистых полимеров, а сложные имеют в своем составе помимо полимеров различные связующие жидкости, пластификаторы, стабилизаторы, красители, отвердители, смазки, антистатики и т.д.

Пластичные массы имеют низкую теплопроводность, большое тепловое расширение. В отличие от стали они расширяются в 10-30 раз больше. Они склонны к немагнитности, химически стойки и обладают малой плотностью. Из них можно изготавливать другие виды материалов, то есть они являются технологичными.

Что касается недостатков, то пластмассы склонны к старению, у них низкая вязкость по сравнению с другими веществами. Им характерна низкая упругость и невысокая теплостойкость.

К основным видам пластмасс относят термопласты и термореактопласты. Термопласты имеют способность при нагреве расплавляться, а при низких температурах обратно затвердевать. Это свойство зависит от структуры полимеров: она может быть линейной, разветвленной или аморфной.

Термореактопласты не имеют возможности размягчаться. Они сначала плавятся, а потом затвердевают, не подвергаясь повторной обработке.

Пластмассы делятся на:

• ткани и пленки;


• стеклопластики;


• оргстекло;


• пенопласты;


• винипласт;


• древесные пластики.

Все эти виды пластических масс создаются на производстве и активно применяются в повседневной жизни. Синтетические пластмассы создаются путем выделения из угля, нефти или природного газа с помощью реакций полимеризации, поликонденсации и полиприсоединения исходных веществ.

В зависимости от назначения существуют следующие методы обработки основных видов пластмасс:

• литьё;


• экструзия;


• прессование;


• виброформирование;


• вспенивание;


• отливка;


• сварка;


• вакуумная формовка.

Производство основных видов пластмасс в химической отрасли

Изготовление пластичных масс нашло широкое применение в быту. Однако в современном мире их производство составляет огромные масштабы, которые негативно влияют на окружающую среду.

Так, например, полиэтиленовый пакет или пластиковая бутылка разлагаются на протяжении пятидесяти лет, загрязняя окружающую среду.

Учитывая эти обстоятельства, возникает вопрос вторичной переработки и утилизации пластичных масс. Их максимальное использование порождает новые виды материалов, что способствует развитию не только производства пластмассовой индустрии, а и химической промышленности в целом.

Основные виды пластмасс – важная составляющая химической отрасли. Достижения и проблемы индустрии наиболее широко и в полном масштабе открывает перед производителями и потребителями ежегодная выставка «Химия». А ее организатором уже который год является один из крупнейших мировых выставочных комплексов ЦВК «Экспоцентр».

Колоссальный опыт и громадный багаж знаний его специалистов позволяет провести мероприятие на самом высоком уровне. Это способствует значительному влиянию на развитие химической индустрии, а для ее представителей открывает широкие возможности в области исследований.

Также «Химия» способствует заключению новых контрактов с иностранными компаниями, что значительно увеличивает конкурентоспособность товаров.

В наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Состав и свойства

Получение пластмасс

Пластмассы - это материалы, полученные на основе синтетических или естественных полимеров (смол). Синтезируются полимеры путем полимеризации или поликонденсации мономеров в присутствии катализаторов при строго определенных температурных режимах и давлениях.

В полимер с различной целью могут вводиться наполнители, стабилизаторы, пигменты, могут составляться композиции с добавкой органических и неорганических волокон, сеток и тканей.

Таким образом, пластмассы в большинстве случаев являются многокомпонентными смесями и композиционными материалами, у которых технологические свойства, в том числе и свариваемость, в основном определяются свойствами полимера.

В зависимости от поведения полимера при нагревании различают два вида пластмасс - термопласты, материалы, которые могут многократно нагреваться и переходить при этом из твердого в вязко-текучее состояние, и реактопласты, которые могут претерпевать этот процесс лишь однократно.

Особенности строения

Пластмассы (полимеры) состоят из макромолекул, в которых более или менее регулярно чередуется большое число одинаковых или неодинаковых атомных группировок, соединенных химическими связями в длинные цепи, по форме которых различают линейные полимеры, разветвленные и сетчато-пространственные.

По составу макромолекул полимеры делятся на три класса:

1) карбоцепные, основные цепи которых построены только из углеродных атомов;

2) гетероцепные, в основных цепях которых, кроме атомов углерода, содержатся атомы кислорода, азота, серы;

3) элементоорганические полимеры, содержащие в основных цепях атомы кремния, бора, алюминия, титана и других элементов.

Макромолекулы обладают гибкостью и способны изменять форму под влиянием теплового движения их звеньев или электрического поля. Это свойство связано с внутренним вращением отдельных частей молекулы относительно друг друга. Не перемещаясь в пространстве, каждая макромолекула находится в непрерывном движении, которое выражается в смене ее конформаций.

Гибкость макромолекул характеризует величина сегмента, т. е. число звеньев в ней, которые в условиях данного конкретного воздействия на полимер проявляют себя как кинетически самостоятельные единицы, например в поле ТВЧ как диполи. По реакции к внешним электрическим полям различают полярные (ПЭ, ПП) и неполярные (ПВХ, полиаксилонитрил) полимеры. Между макромолекулами действуют силы притяжения, вызванные ван-дер-ваальсовым взаимодействием, а также водородными связями, ионным взаимодействием. Силы притяжения проявляются при сближении макромолекул на 0,3-0,4 им.

Полярные и неполярные полимеры (пластмассы) между собой несовместимы - между их макромолекулами не возникает взаимодействия (притяжения), т. е. они между собой не свариваются.

Надмолекулярная структура, ориентация

По структуре различают два вида пластмасс - кристаллические и аморфные. В кристаллических в отличие от аморфных наблюдается не только ближний, но и дальний порядок. При переходе из вязко-текучего состояния в твердое макромолекулы кристаллических полимеров образуют упорядоченные ассоциации-кристаллиты преимущественно в виде сферолитов (рис. 37.1). Чем меньше скорость охлаждения расплава термопласта, тем крупнее вырастают сферолиты. Однако и в кристаллических полимерах всегда остаются аморфные участки. Изменяя скорость охлаждения, можно регулировать структуру, а следовательно, и свойства сварного соединения.

Резкое различие продольных и поперечных размеров макромолекул приводит к возможности существования специфического для полимеров ориентированного состояния. Оно характеризуется расположением осей цепных макромолекул преимущественно вдоль одного направления, что приводит к проявлению анизотропии свойств изделия из пластмассы. Получение ориентированных пластмасс осуществляется путем их одноосной (5-10-кратной) вытяжки при комнатной или повышенной температуре. Однако при нагреве (в том числе и при сварке) эффект ориентации снижается или исчезает, так как макромолекулы вновь принимают термодинамически наиболее вероятные конфигурации (конформации) благодаря энтропийной упругости, обусловленной движением сегментов.

Реакция пластмасс на термомеханический цикл

Все конструкционные термопласты при нормальных температурах находятся в твердом состоянии (кристаллическом или застеклованном). Выше температуры стеклования (Т ст) аморфные пластмассы переходят в эластическое (резиноподобное) состояние. При дальнейшем нагреве выше температуры плавления (T пл) кристаллические полимеры переходят в аморфное состояние. Выше температуры текучести Т T и кристаллические, и аморфные пластмассы переходят в вязкотекучее состояние Все эти изменения состояния обычно описываются термомеханическими кривыми (рис. 37.2), являющимися важнейшими технологическими характеристиками пластмасс. Образование сварного соединения происходит в интервале вязкотекучего состояния термопластов. Реактопласты при нагреве выше Т T претерпевают радикальные процессы и в отличие от термопластов образуют пространственные полимерные сетки, не способные к взаимодействию без их разрушения, на что требуется применение специальных химических присадок.

Основные пластмассы для сварных конструкций

Наиболее распространенными конструкционными пластмассами являются группы термопластов на основе полиолефинов: полиэтилена высокого и низкого давления, полипропилена, полиизобутилена.

Полиэтилен [..-СН 2 -СН 2 -...] n высокого и низкого давления - кристаллические термопласты, отличающиеся между собой прочностью, жесткостью, температурой текучести. Полипропилен [-СН 2 -СН(СН 3)-] n более температуростоек, чем полиэтилен, и обладает большей прочностью и жесткостью.

В значительных объемах используются хлорсодержащие пластики на основе полимеров и сополимеров винилхлорида и винилиденхлорида.

Поливинилхлорид (ПВХ) [-(СН 2 -СНСl-)] n - аморфный полимер линейного строения, в исходном состоянии является жестким материалом При добавке к нему пластификатора можно получить очень пластичный и хорошо сваривающийся материал - пластикат. Из жесткого ПВХ - винипласта - изготавливают листы, трубы, прутки, а из пластиката - пленку, шланги и другие изделия. Из ПВХ изготавливаются также вспененные материалы (пенопласты).

Значительную группу полимеров и пластмасс на их основе составляют полиамиды , содержащие в цепи макромолекул амидные группы [-СО-Н-]. Это в большинстве кристаллические термопласты с четко выраженной температурой плавления. Отечественная промышленность выпускает главным образом алифатические полиамиды, используемые для изготовления волокон, отливки деталей машин, получения пленок. К полиамидам относятся, в частности, широко известные поликапролактам и полнамид-66 (капрон).

Наибольшую известность из группы фторлонов получил политетрафтор-этилен-фторлон-4 (фторопласт 4). В отличие от других термопластов при нагреве он не переходит в вязкотекучее состояние даже при температуре деструкции (около 415°С), поэтому его сварка требует особых приемов. В настоящее время химической промышленностью освоен выпуск хорошо сваривающихся плавких фторлонов; Ф-4М, Ф-40, Ф-42 и др. Сварные конструкции из фторсодержащих пластиков обладают исключительно высокой стойкостью к агрессивным средам и могут воспринимать рабочие нагрузки в широком диапазоне температур.

На основе акриловой и метакриловой кислоты производятся акриловые пластики . Наиболее известная в практике производная на их основе - пластмасса полнметилметакрилат (торговая марка «плексиглас»). Эти пластики, обладающие высокой прозрачностью, используются как светопроводящие изделия (в виде листа, прутков и т. д.) Нашли применение также сополимеры метилметакрилата и акрилонитрила, которые обладают большей прочностью и твердостью. Все пластики этой группы хорошо свариваются.

Хорошей прозрачностью отличается группа пластиков на основе полистирола . Этот линейный термопласт хорошо сваривается тепловыми способами.

Для изготовления сварных конструкций преимущественно в электротехнической промышленности используют сополимеры стирола с метилстиролом, акрилонитрилом, метилметакрилатом и, в частности, акрилонитрилбутадиенстирольные (АБС) пластики. Последние отличаются от хрупкого полистирола более высокой ударной прочностью и теплостойкостью.

В сварных конструкциях находят применение пластмассы на основе поликарбонатов - сложных полиэфиров угольной кислоты. Они обладают более высокой вязкостью расплава, чем другие термопласты, однако свариваются удовлетворительно. Из них изготавливают пленки, листы, трубы и различные детали, в том числе декоративные. Характерными особенностями являются высокие диэлектрические и поляризационные свойства.

Формообразование деталей из пластмасс

Термопласты поставляются для переработки в гранулах размером 3-5 мм. Основными технологическими процессами изготовления полуфабрикатов и деталей из них являются: экструзия, литье, прессование, каландрирование, производимые в температурном интервале вязкотекучего состояния.

Трубопроводы из полиэтиленовых и поливинилхлоридных труб применяют для транспорта агрессивных продуктов, в том числе нефти и газа с содержанием сероводорода и углекислоты и химических (неароматических) реагентов в химическом производстве. Резервуары и цистерны для перевозки кислот и щелочей, травильные ванны и другие сосуды облицовываются пластмассовыми листами, соединяемыми с помощью сварки Герметизация пластикатом помещений, загрязняемых изотопами, покрытие полов линолеумом также осуществляются с помощью сварки. Консервация пищевых продуктов в тубы, коробки и банки, упаковка товаров и почтовых посылок резко ускоряются с применением сварки.

Машиностроительные детали . В химическом машиностроении свариваются корпуса и лопатки различного рода смесителей, корпуса и роторы насосов для перекачки агрессивных сред, фильтры, подшипники и прокладки из фторопласта, из полистирола сваривается осветительная арматура, из капрона неэлектропроводные шестерни, валики, муфточки, штоки, из фторлона - несмазывающиеся подшипники, вытеснители топлива и т д.

Оценка свариваемости пластмасс

Основные стадии процесса сварки

Процесс сварки термопластов состоит в активации свариваемых поверхностей деталей, либо находящихся уже в контакте (), либо приводимых в контакт после ( , и т. д.) или одновременно с активизацией ( , УЗ-сварка).

При плотном контакте активированных слоев должны реализоваться силы межмолекулярного взаимодействия.

В процессе образования сварных соединений (при охлаждении) происходит формирование надмолекулярных структур в шве, а также развитие полей собственных напряжений и их релаксация. Эти конкурирующие процессы определяют конечные свойства сварного соединения. Технологическая задача сварки состоит в том, чтобы максимально приблизить по свойствам шов к исходному - основному материалу.

Механизм образования сварных соединений

Реологическая концепция . Согласно реологической концепции, механизм образования сварного соединения включает два этапа - на макроскопическом и микроскопическом уровнях. При сближении под давлением активированных тем или иным способом поверхностей соединяемых деталей вследствие сдвиговых деформаций происходит течение расплава полимера. В результате этого удаляются из зоны контакта ингредиенты, препятствующие сближению и взаимодействию ювенильных макромолекул (эвакуируются газовые, окисленные прослойки). Вследствие разности скоростей течения расплава не исключено и перемешивание макрообъемов расплава в зоне контакта. Только после удаления или разрушения дефектных слоев в зоне контакта, когда ювенильные макромолекулы сблизятся на расстояния действия Ван-дер-Ваальсовых сил, возникает взаимодействие (схватывание) между макромолекулами слоев соединяемых поверхностей деталей. Этот аутогезионный процесс происходит на микроуровне. Он сопровождается взаимодиффузией макромолекул, обусловленной энергетическим потенциалом и неравномерностью градиента температур в зоне свариваемых поверхностей.

Итак, чтобы образовалось сварное соединение двух поверхностей, необходимо прежде всего обеспечить течение расплава в этой зоне.

Течение расплава в зоне сварки зависит от его вязкости: чем меньше вязкость, тем активнее происходят сдвиговые деформации в расплаве - разрушение и удаление дефектных слоев на контактирующих поверхностях, тем меньшее давление необходимо прилагать для соединения деталей.

Вязкость расплава в свою очередь зависит от природы пластмассы (молекулярной массы, разветвленности макромолекул полимера) и температуры нагрева в интервале вязкотекучести. Следовательно, вязкость может служить одним из признаков, определяющих свариваемость пластмассы: чем она меньше в интервале вязкотекучести, тем лучше свариваемость и, наоборот, чем больше вязкость, тем сложнее разрушить и удалить из зоны контакта ингредиенты, препятствующие взаимодействию макромолекул. Однако нагрев для каждого полимера ограничен определенной температурой деструкции Т д, выше которой происходит его разложение - деструкция. Термопласты различаются по граничным значениям температурного интервала вязкотекучести, т. е. между температурой их текучести Т T и деструкции Т д (табл. 37.2).

Классификация термопластов по их свариваемости . Чем шире интервал вязкотекучести термопласта (рис. 37.3), тем практически проще получить качественное сварное соединение, ибо отклонения по температуре в зоне шва отражаются менее на величине вязкости. Наряду с интервалом вязкотекучести и минимальным уровнем в нем значений вязкости заметную роль играет в реологических процессах при образовании шва градиент изменения вязкости в этом интервале. За количественные показатели свариваемости приняты: температурный интервал вязкотекучести ΔT, минимальное значение вязкости η min и градиент изменения вязкости в этом интервале.

По свариваемости все термопластичные пластмассы можно разбить по этим показателям на четыре группы (табл. 37.3).

Сварка термопластичных пластмасс возможна, если материал переходит в состояние вязкого расплава, если его температурный интервал вязкотекучести достаточно широк, а градиент изменения вязкости в этом интервале минимальный, так как взаимодействие макромолекул в зоне контакта происходит по границе, обладающей одинаковой вязкостью.

В общем случае температура сварки назначается, исходя из анализа термомеханической кривой для свариваемой пластмассы, принимаем ее на 10-15° ниже Т д. Давление принимается такое, чтобы эвакуировать расплав поверхностного слоя в грат либо разрушить его, исходя из конкретной глубины проплавления и теплофизических показателей свариваемого материала. Время выдержки t CB определяется исходя из достижения квазистационарного состояния оплавления и проплавления либо по формуле

где t 0 - константа, имеющая размерность времени и зависящая от толщины соединяемого материала и способа нагрева; Q - энергия активации; R - газовая постоянная; Т - температура сварки.

При экспериментальной оценке свариваемости пластмасс фундаментальным показателем является длительная прочность сварного соединения, работающего в конкретных условиях по сравнению с основным материалом.

Испытываются образцы, вырубленные из сварного соединения, на одноосное растяжение. При этом временной фактор моделируется температурой, т. е. используется принцип температурно-временной суперпозиции, основанный на допущении, что при данном напряжении связь между длительной прочностью к температурой однозначна (метод Ларсона-Миллера).

Методы повышения свариваемости

Схемы механизма образования сварных соединений термопластов . Повышение их свариваемости может производиться за счет расширения температурного интервала вязкотекучести, интенсификации удаления ингредиентов или разрушения дефектных слоев в зоне контакта, препятствующих сближению и взаимодействию ювенильных макромолекул.

Возможно несколько путей:

введение в зону контакта присадки в случае недостаточного количества расплава (при сварке армированных пленок), при сварке разнородных термопластов присадка по составу должна обладать сродством к обоим свариваемым материалам;

введение в зону сварки растворителя или более пластифицированной присадки;

принудительное перемешивание расплава в шве путем смещения соединяемых деталей не только вдоль линии осадки, но и возвратно-поступательно поперек шва на 1,5-2 мм или наложением ультразвуковых колебаний. Активизация в зоне контакта перемешивания расплава может производиться после оплавления стыкуемых кромок нагревательным инструментом, имеющим ребристую поверхность. Свойства сварного соединения могут быть улучшены последующей термической обработкой соединения. При этом снимаются не только остаточные напряжения, но возможно исправление структуры в шве и околошовной зоне, особенно у кристаллических полимеров. Многие из изложенных мероприятий приближают свойства сварных соединений к свойствам основного материала.

При сварке ориентированных пластмасс во избежание потери их прочности вследствие переориентации при нагреве до вязко-текучего состояния полимера применяют химическую сварку, т. е. процесс, при котором в зоне контакта реализуются радикальные (химические) связи между макромолекулами. Химическую сварку применяют и при соединении реактопластов, детали из которых не могут переходить при повторном нагреве в вязкотекучее состояние. Для инициирования химических реакций в зону соединения при такой сварке вводят различные реагенты в зависимости от соединяемого вида пластмасс. Процесс химической сварки, как правило, производится при нагреве места сварки.

Волченко В.Н. Сварка и свариваемые материалы т.1. -M. 1991