Полимеры и пластики: технические термопласты, реактопласты и эластомеры для промышленности
Полимерные материалы классифицируются по типу макромолекулярной структуры, температурному диапазону эксплуатации и механическим характеристикам. В промышленности применяются термопласты (линейные полимеры, обратимо переходящие в вязкотекучее состояние), реактопласты (сшитые полимеры с трехмерной сеткой) и эластомеры (высокоэластичные материалы с температурой стеклования ниже 40 C). Выбор конкретного полимера определяется условиями нагружения, химической средой и требованиями к диэлектрическим свойствам.
Основные группы промышленных полимеров
По поведению при нагреве и механическим свойствам полимеры делятся на три категории:
- Термопласты полиэтилен (ПЭ, ПЭНД, ПЭВД), полипропилен (ПП), полиамид (ПА 6, ПА 66, ПА 12), поликарбонат (ПК), полиоксиметилен (ПОМ, POM), полиэфирэфиркетон (ПЭЭК, PEEK). Рабочие температуры от 60 до +260 C в зависимости от марки.
- Реактопласты фенолформальдегидные смолы (ФФС), эпоксидные смолы (ЭД), полиэфирные смолы, полиуретаны (ПУ). После отверждения не плавятся, эксплуатация до +180+300 C.
- Эластомеры натуральный каучук (НК), бутадиен-нитрильный каучук (БНК, NBR), этилен-пропиленовый каучук (EPDM), силиконовые каучуки (VMQ, FVMQ). Диапазон эластичности от 60 до +250 C.
Технические характеристики и методы переработки
Ключевые параметры полимеров включают предел текучести при растяжении (от 20 до 100 МПа для конструкционных термопластов), относительное удлинение при разрыве (от 2% для реактопластов до 600% для эластомеров), модуль упругости (от 0,01 ГПа для эластомеров до 4 ГПа для наполненных реактопластов) и температуру тепловой деформации (HDT от +70 до +260 C). Переработка осуществляется методами литья под давлением, экструзии, компрессионного формования, 3D-печати (FDM, SLS) и вакуумного формования.
| Материал | Плотность, г/см | Предел прочности, МПа | Рабочая температура, C | Метод переработки |
|---|---|---|---|---|
| Полиамид ПА 6 | 1,13 | от 60 до 85 | от 40 до +100 | Литьё под давлением |
| Поликарбонат ПК | 1,20 | от 55 до 70 | от 40 до +125 | Экструзия, литьё |
| Эпоксидная смола ЭД-20 | 1,15 | от 40 до 60 | от 50 до +180 | Заливка, прессование |
Применение полимеров в промышленности
Полимерные материалы используются в машиностроении (подшипники скольжения из ПОМ, зубчатые колёса из ПА), химической промышленности (трубопроводы и арматура из ПЭ и ПП), электротехнике (изоляция кабелей из ПВХ и ПЭ, корпуса приборов из АБС-пластика), автомобилестроении (бамперы из ПП, топливные баки из ПЭНД, уплотнители из EPDM) и аэрокосмической отрасли (конструкционные элементы из ПЭЭК и углепластиков). Для агрессивных сред применяются фторопласты (ПТФЭ, FEP) с химической стойкостью к кислотам и щелочам при температурах до +260 C.
Вопросы и ответы
Чем отличаются термопласты от реактопластов?
Термопласты при нагреве размягчаются и могут быть переработаны повторно, реактопласты после отверждения образуют необратимую сшитую структуру и не плавятся. Термопласты применяются для деталей, работающих при умеренных температурах, реактопласты для теплонагруженных узлов.
Какой полимер выбрать для работы в масляной среде?
Для контакта с маслами и топливом оптимальны полиамиды (ПА 6, ПА 66), полиуретаны и бутадиен-нитрильные каучуки (NBR). Полиэтилен и полипропилен в маслах набухают и теряют прочность.
Какие полимеры выдерживают температуру выше 200 C?
Высокотемпературные термопласты: полиэфирэфиркетон (PEEK) до +260 C, полифениленсульфид (PPS) до +240 C, полиимиды (PI) до +300 C. Из реактопластов кремнийорганические смолы и фенолформальдегидные композиты.
Влияет ли влажность на свойства полиамида?
Полиамид 6 и ПА 66 гигроскопичны: при влажности 50% содержание воды достигает 23%, что снижает предел прочности на 1015% и увеличивает ударную вязкость. Для стабильных размеров применяют ПА 12 или стеклонаполненные марки.