Общие сведения о сварке пластмасс

2. Какие добавки вводят  в состав пластмасс?

3. Что такое полимер?

4. Как классифицируют  полимеры?

5. Как получают полимеры?

 

 

 

 

 

 

 

Лекция № 2

Общие сведения о пластмассах

 

План:

2.1. Физическое состояние полимеров

2.2. Области применения пластмасс

2.3. Свойства пластмасс

2.4. Классификация пластмасс

 

   2.1. Физическое состояние полимеров

Полимеры могут быть как в аморфном,  так и в  кристаллическом состоянии.

Аморфное состояние  полимеров характеризуется хаотическим, не имеющим определенной направленности, расположением цепей и звеньев макромолекул.

Для кристаллического состояния  свойственна определенная ориентация и направленность цепей и  звеньев  макромолекул.  Способность  полимера  к кристаллизации зависит от отсутствия значительного разветвления макромолекул и от гибкости молекул. Кристаллизация наблюдается  только  у линейных полимеров или у полимеров, обладающих очень слабой сетчатой структурой. Кристаллические полимеры  никогда не  бывает  закристаллизованными  полностью и содержат как кристаллическую, так и аморфную фазу.

Любой аморфный  полимер  в  зависимости от температуры  может находится в трех состояниях: стеклообразном,  высокоэластическом и вязкотекучем.

Аморфное твердое состояние  полимера называется  стеклообразным. Колебательное движение звеньев и перемещение цепи как единого целого отсутствуют.

Высокоэластическое состояние  характеризуется наличием колебательного движения звеньев или групп звеньев, вследствие которого цепь  полимера  приобретает способность распрямляться под воздействием нагрузки и возвращаться в первоначальное состояние после ее снятия.

В вязкотекучем состоянии  макромолекулы полимера передвигаются  относительно друг друга путем последовательного  перемещения   сегментов.

Переход полимера из одного физического состояния в другое совершается не при какой-нибудь определенной температуре, а в некотором диапазоне температур. Средние температуры областей перехода называются температурами перехода.

Температурой стеклования  Т_с называется температура перехода из высокоэластического состояния в стеклообразное.

Температурой текучести  Т_т называется температура перехода из вязкотекучего в высокоэластическое.

Переработка полимеров  в изделия осуществляется в вязкотекучем состоянии, поэтому интервал между температурой текучести и температурой разложения полимера определяет температурный интервал его переработки и, в частности, сварки.

 

2.2. Области  применения пластмасс

Развитие производства пластмасс объясняется широким  применением их во всех областях промышленности и техники,  а также в быту. Пластмассы стали заменителями металла,  дерева, камня, стекла и других материалов.

Пластические массы  широко  распространены в машиностроении. Из них изготавливают детали машин  и станков,  такие как подшипники, штурвалы, бесшумные шестерни, рукоятки, щитки и др.

Различные детали  легковых  и  грузовых  машин  получают  из пластмасс. Широко применяются пластмассы  в  химической  промышленности при  производстве и облицовке различной  аппаратуры, подвергающейся воздействию агрессивных сред.

В электротехнике,  радио-  и телевизионной технике,  а  также в приборостроении  пластмассы  используются  как  материалы  для электроизоляции и  изготовления  корпусов  приборов  и установок. Пластмассы являются одним из основных материалов для  электро-навигационного и радиотехнического оборудования судов, средств судовой автоматики и связи.

Все более  широко применяются  пластмассы в строительстве для  внутренней облицовки стен и покрытия полов,  для производства санитарно-технического оборудования, водопроводных труб и т.д. Гладкие водопроводные трубы из полиэтилена пропускают в полтора  раза больше воды, чем металлические трубы при прочих равных условиях.

Пластические массы,  допускающие любую расцветку, являются исключительно ценным материалом в архитектуре.

В легкой промышленности пластмассы используются как основной материал для игрушек и изделий  галантереи,  для обложек и  портфелей, авторучек,  плащей, накидок  и других предметов широкого потребления. Все  более широко пластмассы применяются в медицине при создании искусственных  кровеносных  сосудов,  при  косметических операциях лица. Сломанные кости в течение нескольких минут прочно склеиваются густой пластмассой,  известной под  названием  остам, через которую легко прорастает костная ткань.

Невозможно назвать  отрасль промышленности,  где  бы не применялись пластические массы.  Перспектива их внедрения в  различные  области народного хозяйства  практически неограничены.

 

2.3. Свойства  пластмасс

Пластмассы обладают ценными свойствами,  такими как: высокая пластичность, хорошая способность к формированию, небольшой удельный вес, высокая механическая прочность, высокие термо-, звуко- и электроизоляционные свойства,  химическая стойкость, светостойкость, хорошая окрашиваемость,  отличные клеящие, уплотнительные и термоизолирующие свойства,  хорошая способность поглощать и гасить вибрации, образовывать тонкие и прочные волокна.

1) Удельный  вес   пластмасс  колеблется в пределах 0,92-2,4 г/см², и в среднем равен 1,6 г/см². Исключение составляют газонаполненные пластмассы,  обладающие наименьшими весовыми характеристиками. Самой легкой пластмассой является мипора - поропласт с  удельным  весом 0,014 г/см².

2) Механические свойства.  В зависимости от применения  полимеров и  состава наполнителей могут быть получены очень твердые и прочные материалы,  а также гибкие высокоэластичные пленки. Механические свойства  пластмасс  характеризуются  пределом прочности при растяжении,  сжатии  и  изгибе,  ударной   вязкостью,   твердостью,                                             относительным удлинением, модулем упругости.

Определение предела  прочности при растяжении производят  на разрывной машине согласно ГОСТ 11262-80 и ГОСТ 16971-71 при температуре  окружающей среды 18-20⁰С. Образцы устанавливают в зажимах разрывной машины  и плавно нагружают до разрушения.

Предел прочности  при  сжатии   определяют   согласно   ГОСТ 4661-40. Испытания  проводят на машинах или прессах, нагружая цилиндрический образец диаметром 10±5 мм и высотой 15±1 мм до  разрушения.

Предел прочности при  сжатии вычисляется по формуле:s_сж=Р_max/F,

где Р_max - максимальная сжимающая нагрузка, Н

F - площадь поперечного  сечения образца до сжатия, м².

Предел прочности при  статическом изгибе определяется в  соответствии с ГОСТ 4648-71. Испытуемый образец, имеющий форму прямоугольного бруска,  помещают на опоры с округленными переходами  и подвергают действию вертикальной разрушающей силы.

Ударную вязкость определяют в соответствии с  ГОСТ  4647-80 на маятниковом копре.

3) Теплостойкость определяется по методу Мартенса  или  Вика согласно ГОСТ 9551-60.  В обоих случаях прибор вместе с испытуемым образцом помещают в термошкаф так,  чтобы указатель деформации  и нагружающее устройство  были вне его объема,  и нагревают со скоростью 50^˚ С/ч.  За теплостойкость принимают ту температуру,  при которой стрелка  указателя опустится на 6 мм (по методу Мартенса) или при котором игла погружается в тело образца на 1 мм (по методу Вика).

4) Теплопроводность.  Все  пластмассы  характеризуются,  как правило, хорошими  теплоизоляционными свойствами и плохо проводят тепло. Коэффициент теплопроводности пластмасс (при 25 ⁰С)  находится в  пределах (5,8-31,4)^.10^-2 Вт/м^.град.  Поэтому пластмассы применяются в качестве теплоизоляционных материалов.

5) Антифрикционные свойства.  Многие пластмассы характеризуются высокими антифрикционными свойствами. Это позволяет  применять их  для  изготовления  подшипников трения.  В этом отношении они являются полноценными заменителями дорогих и  дефицитных  антифрикционных металлических сплавов (оловянистой бронзы, баббита и др.). Показателями антифрикционных свойств пластмасс являются потери объема материала при трении и коэффициент трения.

6) Высокая коррозионная  стойкость. Пластмассы как диэлектрики  совершенно не подвергаются электрохимической коррозии и очень стойки к химической коррозии, т.е. к воздействию различных агрессивных сред,  поэтому в таких средах пластмассы не образуют гальванических пор и не разрушаются.

7) Оптические свойства. На основе  полимеров могут быть изготовлены прозрачные пластмассы, не уступающие по оптическим свойствам лучшим сортам стекла. Такие пластмассы пропускают лучи света в широком диапазоне волн и,  в частности,  ультрафиолетовую  часть спектра.

 

2.4. Классификация  пластмасс

Согласно ГОСТ 5752-51 "Пластические массы органического происхождения" пластмассы  были  разделены по химическому характеру связующего вещества,  по характеру и структуре наполнителя.  Но в силу своей сложности терминология не получила практического применения.

По классификации  НИИ полимеризации пластиков в 1959 г.  все пластмассы разделены на основе:

1) высокомолекулярных соединений, получаемых цепной полимеризацией;

2) высокомолекулярных  соединений,  получаемых поликонденсацией  и ступенчатой полимеризацией;

3) химически модифицированных природных полимеров;

4) природных и нефтяных  смол,  полученных  при  деструкции различных органических веществ.

По физико-механическим свойствам при 20⁰С:

1) жесткие пластмассы - твердые  упругие  материалы  аморфной структуры с высоким модулем упругости (10⁹Н/м²) и малым удлинением.

2) полужесткие  пластмассы  - твердые упругие материалы кристаллической структуры со средним модулем упругости (4^.10⁸ Н/м²) и высоким относительным удлинением

3) мягкие пластмассы - мягкие и эластичные материалы с низким модулем упругости (2^.10⁷ Н/м²) и высоким относительным удлинением.

Все пластмассы по отношению  к нагреванию можно разделить  на 2 группы:

1) Термореактивные - пластмассы, которые при повышенном нагреве  не переходят через высокопластическое  состояние.  С повышением температуры они не изменяют своих свойств,  а затем, не переходя в эластическое состояние,  разлагаются.  Подвергаются нагреву только один раз. К ним относятся пластмассы на основе фенол-формальдегидных смол и другие такие, как текстолит, бакелит, эбонит.

2) Термопластические - пластмассы,  которые  при  нагревании размягчаются и становятся пластичными,  а при охлаждении возвращаются в исходное состояние.  Термопластические материалы могут подвергаться многократному нагреву и охлаждению без заметного изменения структуры и свойств при условии,  если они не нагреваются выше температуры разложения. К ним относятся винипласт, полиэтилен, полиамиды, полипропилен, фторопласт и другие.

 

Контрольные вопросы:

1. В каких физических  состояниях существуют полимеры?

2. Что такое температура  стеклования полимера?

3. Что такое температура  текучести полимера?

4. Где применяют пластмассы?

 

Лекция №3

Общие сведения о сварке пластмасс

 

План:

3.1. Особенности сварки  пластмасс.

3.2. Физические основы  сварки пластмасс.

3.3. Основные способы  сварки пластмасс.

3.4. Химическая сварка пластмасс.

3.5. Сварка пластмасс с помощью  растворителей.

 

3.1. Особенности сварки пластмасс

По свариваемости пластмассы, как уже упоминалось, можно разделить  на две группы:  термореактивные, которые преимущественно не свариваются, и   термопластические,  которые  легко  подвергаются сварке.

Сваркой пластмасс называется процесс образования неразъемного соединения путем доведения соединяемых  поверхностей до  вязкотекучего  состояния с приложением давления. В результате чего частично или полностью исчезает граница раздела  между  соединяемыми поверхностями, и прочность материала в месте соединения,  а также другие физические свойства приближают  к  свойствам  свариваемого материала.

Процесс сварки  термопластических материалов  отличается  от процессов, протекающих при сварке металлов целым рядом особенностей:

1) При  сварке пластмасс  не образуется жидкая ванна.  Процесс этот может происходить  лишь при определенных  условиях. Основными из них являются:  повышенная температура в месте сварки (температура вязкотекучего состояния  материала),  наличие плотного контакта  свариваемых  поверхностей и определенное время протекания процесса.  Пластмассы представляют собой большое количество взаимно растворенных полимеров, построенных из одних и тех же звеньев,  но отличающихся молекулярным весом,  поэтому они  не имеют резко выраженной точки плавления,  а при нагреве постепенно переходят из твердого состояния в высокоэластичное и далее в вязкотекучее, когда материал  становится  липким и отдельные детали под давлением могут прочно соединяться между собой,  т.е.  свариваться.

2) Термопластические  массы при высоких температурах  начинают разлагаться. При   этом степень разложения зависит  как от температуры, так и от длительности воздействия этой  температуры.  Таким образом, при  сварке  термопластов нагрев  материала должен быть возможно более кратковременным, а температура не должна превышать температуру разложения.