Полимеры.
Полимеры – это вещества, в молекулах которых многократно повторяются одинаковые структурные звенья.
Полимеры подразделяются на природные (крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин, белки, натуральный каучук), искусственные (целлулоид, вискоза, ацетатное волокно) и синтетические (капрон, бутадиеновый каучук).
Полимеры являются исходным сырьем для изготовления пластмасс.
Основные свойства полимеров.
Полимеры имеют множество положительных свойств, которые успешно применяются при изготовлении деталей и изделий:
- Эластичность (легко обрабатываются, позволяют создавать изделия сложной конфигурации);
- Способность восстанавливать форму (ряд пластмасс легко восстанавливают форму после деформации);
- Низкая теплопроводность (возможно использовать при проектировании элементов теплоизоляции);
- Химическая инертность (большинство полимерных изделий не реагируют с окружающими веществами);
- Низкая электропроводность (применяется при изготовлении изоляции, защитных средств электроприборов);
- Малая хрупкость (актуально для безопасности);
- Оптимальная прочность (можно подобрать полимер для изготовления практически любых изделий).
Несмотря на наличие положительных аспектов, полимеры имеют и отрицательные. Например, многие из них обладают таким свойством, как горючесть. Опасность при возгорании сопровождается выделением токсичных веществ.
Применение полимеров.
Современную жизнь невозможно представить без полимеров. Они окружают нас повсюду. В наше время практически ни одна отрасль не обходится без их применения.
Полиэтилен. Из него изготовляют пакеты, тару, в том числе и для продуктов питания, трубы различного назначения, корпуса специальной и бытовой техники и др.
Полипропилен. Предназначен для изготовления посуды, нашел широкое применение в пищевой и строительной промышленности – детали и узлы кухонных агрегатов, водопроводных труб и т. д.
Поливинилхлорид (ПВХ). Служит исходным материалом при изготовлении труб, оконных рам, натяжных потолков, покрытий для пола, стен.
Полиуретаны. Подразделяются на твердые и жидкие. Первые применяются при изготовлении различных деталей (прокладки, втулки), а вторые служат основой для герметиков. Всем хорошо известен такой вид полиуретана, как поролон, эпоксидная смола.
Силикон. Его разновидности нашли широкое применение в строительстве, быту, медицине, в создании косметики.
ABS. Популярный полимер, встречающийся при изготовлении элементов корпусов автомобилей, мебели, спортивного инвентаря.
Благодаря своим свойствам полимеры медленно, но уверенно начинают вытеснять из всех отраслей народного хозяйства ранее использовавшиеся материалы. Так, например, в строительстве полимерные материалы постепенно заменяют металл, дерево и даже бетон. Невозможно представить современную медицину без изделий из пластика. Это и одноразовые шприцы, контейнеры для крови и плазмы, стоматологические материалы. В сельском хозяйстве полимеры можно встретить при изготовлении теплиц, укрывочных тканей для грядок, систем полива.
Спектр применения полимеров в народном хозяйстве уже достаточно широк. Несмотря на это полимерная промышленность постоянно находится в стадии развития. Создаются новые композиты, совершенствуются и улучшаются старые.
Испытания полимеров.
Перед применением полимеры подвергаются различным по виду и предназначению испытаниям. Основными из них являются:
- Механические (испытания на прочность – изгиб, износостойкость и др.);
- Испытания на твердость (по Бринеллю, Роквеллу, Шору);
- Испытания на прочность при ударе (по Шарпи, Изоду);
- Тепловые испытания (теплостойкость);
- Электрические испытания (прочность диэлектрика, дугостойкость);
- Оптические испытания (мутность, светопропускание, глянец);
- Физические испытания (на плотность, водопоглощение);
- Реологические (усадка при формовании, скорость течения расплава и т. п.);
- Испытания на воспламеняемость.
В качестве примера рассмотрим испытания полимеров в различных температурных условиях.
Превалирующими направлениями при этом методе испытаний считаются определение термостойкости и теплостойкости материала.
Термостойкость – это способность полимеров противостоять горению или плавлению. Для увеличения термостойкости в полимеры вводят различные связывающие, например стекловолокно (СВ) или углеволокно (УВ). При этом наблюдаются значительные изменения в температурных характеристиках (см. табл. 1).
Таблица 1.
Испытания проводятся в соответствии с требованиями ГОСТ 29127-91. Суть испытания заключается в регистрации изменения массы образца как функции от температуры при нагреве образца с постоянной скоростью. Температура нагревания – от комнатной до 600-800 °С.
Результаты, полученные при испытании, обрабатываются математически и отображаются на графиках.
Анализ результатов позволяет выбирать добавки (связывающие) для получения необходимых свойств полимеров, устанавливать предельные температуры переработки и решать др. практические задачи.
Теплостойкость – способность полимеров сохранять форму и свойства при воздействии нагрузки и температуры. Для определения теплостойкости применяют метод Вика или Мартенса.
При испытаниях по методу Вика образец размещают в термокамере, где происходит его нагрев с заданной скоростью. Под действием груза в испытываемый образец вдавливается цилиндрический индентор ø 1,13 мм. По глубине вдавливания определяется результат теплостойкости полимера. Схема прибора для определения теплостойкости представлена на рис. 1, где: 1 – термокамера; 2 – образец; 3 – индентор; 4 – груз; 5 – устройство для определения глубины вдавливания; 6 – шкала результатов.
Теплостойкость методом Мартенса определяется в случае, когда образец испытывает напряжение изгиба.
Руководящим документом при определении теплостойкости полимеров является ГОСТ 21341-2014.
