0 грн.
Оформить заказ
Полимерные материалы формируют будущие свойства в зависимости от температурных процессов изготовления. Полимерам, которые кристаллизуются, необходимо создать условия упорядочения участков макромолекул. Важна гибкость цепочек, отсутствие крупных боковых заместителей в них, возможность зафиксировать расположение частиц в ходе теплового движения и создать структуру, удерживаемую от разрушения межмолекулярными силами взаимодействия. Неправильно выбранный, не поддерживаемый в нужных пределах термический режим приводит к деструкции цепочек, необратимому изменению текущего состояния вещества в процессе расплава. Аналогичное действие оказывает и неправильное охлаждение.
От пластмассы до резины, полимеры используют в тех областях, где не справляются металл, керамика, древесина, искусственный строительный камень. Огромное количество разнообразных материалов отличается размерами, свойствами и функционалом. Поэтому существует широкий спектр применения, включая упаковку, строительство, электронику, автомобильные компоненты, медицинские приборы, бытовые изделия и пр.. Полимеры создаются из множества мономеров. Изменяя их состав и структуру, удаётся получать желаемые физические свойства. А сделать это можно, меняя термические показатели экструзии, литья под давлением, термической формовки и процесса отверждения.
Существует 3 типа полимерных материалов:
Пример термопласта – заглушка для детской площадки
Пример термореактива – колёса для роликов
Покажем, на какие свойства полимеров влияют температурные показатели при производстве:
Как достичь нужного нагрева и не перегреть массу? Что сделать, чтобы условия кристаллизации позволили получить продукт с нужными параметрами, непрозрачностью, определённой жёсткостью? Всё это становится понятным после изучения информации об изготовлении разных типов полимеров.
По объёму выпуска они занимают 4/5 всего выпуска пластмасс. Возможность регулярно размягчаться при повышении температуры и опять затвердевать при охлаждении упрощает литьё под давлением, выдувное и термическое формование, стадию экструдирования. Такая продукция применяется в качестве упаковочных материалов, изготовления компонентов для машин, товаров для потребителей, тары, электронных деталей.
Обычные термопласты имеют разрывную деформацию в 10-200%, предел текучести 20-70 МПа, а предел прочности на растяжение 25-80МПа. Если нагрев повысить, пластичность улучшит, но при этом пострадают прочность и модуль упругости. Нейлон, ПЭТ выдерживают более +300℃, а ПЭ, ПП способны сохранять желаемые свойства при граничном показателе в +200℃.
Термореактивы получают, смешивая жидкие смолы, которые после этапа нагревания твердеют. В дальнейшем они не меняют своих размеров и отличаются повышенной жёсткостью, поэтому применяются в композитных составах, электрических диэлектриках, клеях.
Предел текучести у них 60-90 МПа, предел прочности на растяжение начинается от 40 МПа и не превышает 80 МПа. Температурная стабильность пребывает в диапазоне +200…+400℃. На конечные свойства влияет плотность сшивок в связях.
Этому типу пластиков свойственны низкая плотность сшивок и значительная подвижность молекул.
В производстве эластомеров используют экструзию, литьё под давлением, формирование компрессионным способом (расплавление и гомогенизация происходят в специальном блоке) и в пресс-формах. Неопрены, фторполимеры, силикон и другие виды синтетического каучука успешно применяют для изготовления уплотнений, шлангов, клеевых масс и специальной обуви.
Упругая деформация пластмасс способна быть более 100%. Сначала для распрямления молекулярных цепочек выбирают низкое напряжение. С этого момента сопротивление дальнейшему механическому воздействию (деформированию) увеличивается. Это объясняется разрывом скрепляющих связей. По мере распрямления цепей молекул сопротивление дальнейшему деформированию возрастает, так как увеличение деформаций вызывает разрыв связей уже выпрямленных молекул.
Гибкость эластомеров влияет на модуль упругости (0,01-0,1 ГПа), прочность на растягивающую нагрузку (10-30 МПа) и значительные деформационные разрушения. Со снижением температуры эластомеры превращаются в стеклообразную продукцию. Термостабильность находится в пределах +200…+250℃. Если прогреть массу выше tстеклования, то резина вернёт свою эластичность.
В качестве вывода можно отметить, что оптимизация термических процессов помогает влиять на прочность, вязкость, стабильность линейных параметров, прозрачность готовой продукции. В отличие от металлов, которые даже при приближении к температуре плавления «пытаются» сохранить исходные характеристики, полимеры ведут себя совершенно по другому. Это объясняется их громадной величиной молекул, созданных из цепочек. Большая структура не является идеально правильной: в ней отслеживается запутывание цепочек мономеров
Полимеры могут получать растяжение без деформаций, что объясняется частичным запутыванием цепей. При этом не все полимеры кристаллизуются, так как молекулы не могут создать правильную решётку, подобную той, что в металлах.
Даже невооружённым глазом видно, какие изменения происходят в полимере при воздействии на него разных температур. Специалистами разработан метод динамического механического анализа, который учитывает множество нестабильных параметров. Одним из анализируемых показателей является зависимость модуля упругости от термопоказателей.
На графике представлен неармированный нейлон 6 и поликарбонат
Рисунок демонстрирует изменение упругости материалов при увеличении температур. Нейлон 6 относится к классу полукристаллических, а поликарбонат – к классу аморфных полимеров. Оба материала без армирования. При температуре порядка +20…+25℃ наблюдается максимальное значение упругости, которое после +65℃ начинается снижаться, приближаясь к нулю на +160℃ у нейлона и на +225℃ у поликарбоната.
Аморфный поликарбонат имеет единственную точку перехода, называемую стеклованием (Tg). Когда она наступает, часть полимерных цепочек трансформируется в подвижные, но при этом остаются запутанными. Такое состояние идентично размягчению материала. В период от +25℃ до +70℃ модуль пластичности меняется незначительно, а от примерно +135℃ начинается резкое падение упругих показателей.
Нейлон 6 показывает иные результаты. Он имеет кристаллические и аморфные участки. При увеличении t аморфные части увеличивают подвижность и переходят в стадию стеклования (на участке от +50℃ до +100℃). Но из-за частичной кристаллической структуры модуль упругости теряет 1/5 исходной величины, но не опускается до 0. Такой последовательный темп снижения он сохраняет до t = +220℃. Приблизительно так реагируют на термические воздействия и другие аморфные полимеры: разница у них наблюдается лишь в точке стеклования. Чем больше кристаллической «сущности» будет в полимере, тем медленнее происходит падение модуля упругости после точки стеклования (а до её достижения уровень составляет 60-90%).
Внеся в смесь наполнители и армирующие добавки, можно снизить зависимость между точкой стеклования и модулей упругости. Однако температуры перехода для полукристаллических и аморфных материалов не меняются.
Чтобы определить фактическую прочность полимера, следует рассмотреть кривые и определить зависимость между прикладываемым напряжением и формируемыми деформациями. Для анализа взят нейлон 66, в который добавили повышающее прочность стекловолокно (43%).
Графики зависимости напряжения и деформации при температурных изменениях, составленные для нейлона 66, добавленного 43% стекловолокна.
Большая часть материала сделана из неполимерного стекловолокна. Жёсткость и прочность уменьшаются при росте термического показателя. При этом значение относительного удлинения возрастает. Графические данные отличаются от показателей, представленных в паспорте. Когда температура достигает +85℃, предел текучести становится менее 60%, если сравнивать с паспортным значением, замеренным при комнатной температуре. Также по техническим данным, указываемым в документации, невозможно понять общую картину, ведь даны лишь конкретные точечные значения.
Чтобы правильно оценить поведение материала с точки зрения изменения его структуры, нужно строить кривую зависимости между деформацией и напряжением. Тогда становится понятным, на каком участке графика зависимость остаётся нелинейной. Для многих термопластов деформация текучести находится в диапазоне 3-10%, а показанный на последнем графике предел пропорциональности составляет 0,3-1%.
Более полувека назад появлению пластмасс очень обрадовались, ведь они стали заменять более дорогие металлы, стекло и древесину. В то время к новым материалам не предъявляли особых требований с позиции несущей способности. Да и на пластичные изменения в ходе температурных производственных колебаний мало обращали внимания. Однако в наши дни пластики призваны решать серьёзные конструктивные задачи, поэтому важна долговременная надёжность изделий в условиях разных температур, вибраций, кислотных сред. Поэтому глубокое изучение тематики полимеров даёт понимание «поведения» материалов при разных условиях, а также стимулирует проведение новых изысканий в этой области.
Компания Intmax активно участвует во многих термических процессах, предлагая производителям нагреватели для изготовления, опытных исследований пластмасс, полимеров и других материалов. К нам обращаются, когда нужно приобрести или индивидуально изготовить ТЭНы для экструдеров, грануляторов, сушки, разных видов формовки, ТПА и прочих процессов, где требуется достичь и поддерживать определённую степень термического воздействия. Мы работаем много лет в данной сфере, поэтому владеем большим объёмом теоретической информации, практических наработок и положительных отзывов.