Свойствами полимеров

Основными технологическими свойствами пластмасс являются текучесть, усадка, скорость отверждения (реактопластов) и термостабильность (термопластов).

Пластмассы получили несвойственный другим материалам темп развития. Это связано с исключительными технологическими свойствами пластмасс, а также с многообразием их физико-механических свойств. К технологическим достоинствам пластмасс относятся: практически неограниченные ресурсы сырья; намного меньшие капиталовложения, чем для производства металла; возможность изготовления деталей в серийном и массовом производствах высокопроизводительными методами без снятия стружки с трудоемкостью, в 5...10 раз меньшей, чем при изготовлении металлических деталей; меньшие (до 5 раз) отходы и т. д.

Типичными физико-механическими и химическими свойствами пластмасс являются: малая плотность, высокая тепло-и электроизоляционная способность, химическая стойкость, значительная демпфирующая способность, а также красивый внешний вид.

В послевоенный период достигло темпов, неизвестных для других материалов, производство и применение пластмасс. Это связано с исключительными технологическими свойствами пластмасс (неограниченностью ресурса сырья, значительно меньшими капиталовложениями на производство, чем для металлов, возможностью изготовления деталей высокопроизводительными методами с трудоемкостью до 10 раз меньшей, чем металлических) и с положительными эксплуатационными свойствами существующего ассортимента пластмасс (малый удельный вес, механическая прочность в широком диапазоне, высокая удельная прочность пластмасс типа стеклопластов, полиамидов и др., высокая химическая стойкость, высокие диэлектрические свойства, высокие антифрикционные свойства, низкая теплопроводность и пр.).

А-01 и А-02 — анастазной формы, обработанная неорганическими соединениями. Для эмалей с высокими декоративными свойствами, пластмасс и др.

Однако при этом необходимо преодолеть ряд трудностей, связанных со специфичными свойствами пластмасс.

Все больше расширяется-номенклатура деталей, изготовляемых из неметаллических материалов, в частности из пластмасс. Это объясняется высокой технологичностью пластмассовых деталей в серийном и массовом производстве и физико-химическими и механическими свойствами пластмасс, в ряде случаев удовлетворяющих требованиям, вытекающим из условий работы деталей.

Наряду с перечисленными положительными свойствами, пластмасс они обладают следующими основными недостатками:

Основными технологическими свойствами пластмасс являются текучесть, усадка, скорость отверждения (реактопластов) и термостабильность (термопластов).

Для ознакомления с общими свойствами пластмасс читатель отсылается к обзору (794], выпущенному Британской Федерацией Пластмасс, а также к трудам ежегодных конференций, проводимых этой Федерацией в Англии и Обществом Промышленности Пластмасс в Америке. Много полезной информации об усталостных свойствах армированных пластмасс можно почерпнуть из работ Боллера и его сотрудников.

В проекте ГОСТа приняты две равноправные системы — система отверстия и система вала. Для образования посадок установлены поля допусков по системе ОСТа и новые поля допусков валов и отверстий в таких областях натягов и зазоров, которые не были охвачены полями по системе ОСТа и потребовались в связи со специфическими свойствами пластмасс.

На основании опытов последних лет установлено, что механизм трения органических полимеров (полиэтилен, перспенс, нейлон и др.) тот же, что и в металлах. Существенное различие между фрикционными свойствами полимеров и металлов обнаруживается в зависимости этих свойств от нагрузки.

Основные технические характеристики ГПМ определяются химическим строением и свойствами полимеров, из которых они изготовлены, а также (в меньшей степени, в основном для пенопластов) составом газообразной фазы (табл. 84). Так, например, ГПМ, в основе которых лежат полимеры с цепным строением макромолекул, в большинстве случаев имеют более низкую теплостойкость и формоустойчивость, повышенную газопроницаемость и сравнительно высокие показатели прочностных свойств (табл. 84—89) по сравнению со вспененными и от-вержденными полимерами трехмерной структуры. Последние (например, пеносиликон К-40, пенокарбамид «мипора» и пено-фенопласт ФФ), отличающиеся повышенной жесткостью и хрупкостью (в исходном состоянии), являются относительно теплостойкими; их частичная деформация наблюдается при температурах, соответствующих прохождению деструктивных процессов (рис. 23).

Основные технические и технологические свойства пластмасс обусловлены химическим строением и физико-химическими свойствами полимеров, участвующих в их составе.

Классификация полимеров. Для удобства изучения связи состава, структуры со свойствами полимеров их можно классифицировать по различным признакам (составу, форме макромолекул, фазовому состоянию, полярности, отношению к нагреву). По составу все полимеры подразделяют на органические,.элементо-органические, неорганические.

Трение полимеров, как правило, увеличивается с увеличением скорости скольжения. Коэффициент трения полимерных материалов с высокой ударной вязкостью, большим удлинением при разрыве и гибкими полимерными цепями особенно сильно зависит от скорости скольжения. В меньшей степени коэффициент трения зависит от скорости скольжения и температуры у полимеров, жесткость которых повышена за счет увеличения густоты сетки, наполнения или армирования. Другими словами, трение полимеров определяется свойствами, зависящими от температуры и времени, т. е. связанными с вязкоупругими свойствами полимеров. Повышение температуры увеличивает температурно-временную зависимость коэффициента трения по сравнению с комнатной температурой.

Промышленные и исследовательские лаборатории в последнее время делают больший упор на выявление связи между механическими свойствами полимеров и их структурой и на расширение возможностей их применения, чем на синтез новых полимеров. Конструкторы нуждаются в знании вязкоупругих свойств полимеров при создании все новых и новых изделий, вытесняющих изделия из металлов и стекла. Переработчики полимерных материалов все больше осознают влияние таких факторов, как молекулярная масса полимеров, ориентация, условия термообработки и т. д., на качество продукции. Очевидно, что существует настоятельная необходимость в книге, в которой механические свойства полимеров и полимерных материалов анализируются на уровне, удовлетворяющем и конструкторов и переработчиков-технологов.

У большого числа аморфных полимеров проявляются дополнительные переходы при температуре ниже их основной Тс [4, 47—49]. Эти переходы могут быть связаны с такими механическими свойствами полимеров, как поверхностная энергия разрушения и ударная прочность Дополнительные переходы подробно будут обсуждены в гл. 4.

реляция между динамическими механическими, свойствами полимеров при низких температурах и ударной прочностью [247— 249, 253, 254, 256—260]. В этих случаях ударная прочность возрастает с возрастанием высоты пика механических потерь или площади под этим пиком.

Вследствие существования связи между динамическими механическими свойствами полимеров и коэффициентом трения (по крайней мере при качении), зависимость его от скорости и температуры должна подчиняться принципу температурно-вре-менной суперпозиции. В некоторых случаях было установлено, что зависимости коэффициентов трения, полученных при различных скоростях и температурах, могут быть обобщены с помощью уравнения ВЛФ [45, 60, 71]. Обобщенная кривая в координатах коэффициент трения — приведенная скорость проходит через максимум. Было установлено, что этот максимум . коррелирует с Е" при трении по гладким поверхностям и с tg б = Е"!Е' в случае шероховатых поверхностей [60, 71]. Обычно положение максимума коэффициента трения коррелирует с Тс полимеров. Положение низкотемпературных максимумов коэффициента трения для полимеров, находящихся в стеклообразном состоянии, может коррелировать с температурами вторичных переходов [72]. В некоторых случаях максимумы не связаны с Тс или Т'с, а обусловлены изменениями адгезии [60].

Основные: технические характеристики ГПМ определяются химическим строением и свойствами полимеров, из которых они изготовлены, а также (в меньшей степени, в основном для пенопластов) составом газообразной фазы (табл. 84). Так, например, ГПМ, в основе которых лежат полимеры с цепным строением макромолекул, в большинстве случаев имеют более низкую теплостойкость и формоустойчивость, повышенную газопроницаемость и сравнительно высокие показатели прочностных свойств (табл, 84—89) по сравнению со вспененными и от-вержденными полимерами трехмерной структуры. Последние (например, пеносиликон К-40, пенокарбамид «мипора» и пено-фенопласт ФФ), отличающиеся повышенной жесткостью и хрупкостью (в исходном состоянии), являются относительно теплостойкими; их частичная деформация наблюдается при температурах, соответствующих прохождению деструктивных процессов (рис. 23). Пепопласты па основе поливннилхлорида ПХВ, полистирола ПС и др. заметно изменяют свои форму, размеры н механические свойства (начинают размягчаться и деформироваться в иеиагруженном состоянии) при нагревании до 60—70° С (табл. 84—85). Присутствие в ГПМ углекислого газа, аммиака и т. п. (газообразная фаза), способных сравнительно легко диффундировать через полимерные пленки, может приводить к потере формоустойчивости (сжатие, усадочные явления), особенно