Применение пластмасс и синтетических смол

Товарные (готовые) пластмассы (П) и полуфабрикатные синтетические смолы (СС или олигомеры) в настоящее время применяются во всех технических направлениях (см. классификацию КМ по применению).

3.2.1. Применение пластмасс и синтетических смол (олигомеров)
в качестве конструкционных материалов

В качестве материалов, обладающих достаточной механической прочностью, пластики и связующие (олигомеры) применяются в производстве изделий (и деталей) законченной формы и полуфабрикатов – пленок, листов и труб. На производство изделий законченной формы и полуфабрикатов указанных видов в развитых странах расходуются от 60 до 80% общего объема потребления П и СС. В количественном выражении это составляет 50 – 60 млн. тонн в год. Современную структуру потребления П и СС в качестве КМ можно представить в следующем виде (в % от общего объема потребления):

· машиностроение 20 – 25

· производство строительных материалов и строительство 17 – 20

· производство тары и средств упаковки 20 – 25

· производство товаров широкого потребления 12 – 15

· сельское хозяйство 5

· остальные сферы потребления 15 – 20

В результате применения пластмасс в качестве конструкционного материала для машиностроения достигаются следующие положительные эффекты:

· коренное улучшение параметров машин;

· удешевление методов производства машин;

· снижение металлоёмкости конструкций машин;

· ускорение и удешевление технической подготовки производства новых машин.

Для производства деталей машин, предназначенных для работы в жёстких условиях (при знакопеременных нагрузках и температуре 100–200°С), применяются пластики инженерно-технического назначения: конструкционные термопласты и армированные реактопласты.

К числу конструкционных термопластов в настоящее время относятся: полиформальдегид (формула 1); алифатические полиамиды (2а и 2б); полиэтилен- и полибутилентерефталаты (3а и 3б); поликарбонаты (4); политетрафторэтилен (5); полисульфон (6); полифениленоксид (7); АБС-пластики (8) и др.:

За исключением АБС-пластика все перечисленные конструкционные термопласты являются линейными полярными кристаллическими полимерами с высокой прочностью и теплостойкостью. Физико-механические свойства ряда конструкционных термопластов приведены в табл. 6.

Таблица 6

Физико-механические свойства конструкционных термопластов

№	Показатель свойств	Величина показателя для пластика
ПФА	ПК	ПЭТФ	ПА-6	АБС
	Плотность, кг/м3
	Прочность при растяжении, МПа	65-70	60-70	100-180	55-70	35-60
	Модуль упругости, МПа				800-1000
	Относительное удлинение при разрыве, %	20-40	20-100	> 50	100-150	30-35
	Удельная ударная вязкость, кДж/м2	75-130	120-140	70-90	100-130	80-100
	Твёрдость по Бринеллю, МПа	200-250	150-160	-	100-120	80-150
	Теплостойкость по Вика, °C	160-170	164-166			75-80

Механическую прочность конструкционных термопластов можно увеличить в 2 – 3 раза путём введения в них стеклянных волокон (до 30% от массы полимера). Механическую прочность термореактивных пластмасс (реактопластов) повышают путём введения в полимеры волокнистых или слоистых наполнителей (армирующих наполнителей). В качестве волокнистых наполнителей применяют как органические (хлопчатобумажные, вискозные, полиамидные и полиэфирные), так и неорганические (стеклянные, асбестовые, углеродные, борные) волокна. В качестве слоистых наполнителей применяют ткани из органических (текстиль) и неорганических волокон (стекло- и асботкани), бумагу, древесный и стеклянный шпон.

Отечественные материалы с волокнистыми наполнителями часто называют волокнитами, а с тканевыми наполнителями – текстолитами. На неорганическую природу волокон указывает приставка в названии материала: асбо волокнит, стекло текстолит, боро пластик и т.д. (Подробнее см. разд. 3.7.2.).

В качестве связующих при получении армированных реактопластов чаще всего применяют фенолоформальдегидные и эпоксидные олигомеры и ненасыщенные полиэфиры (также относительно небольшой молекулярной массы). Пластмассы на основе фенолоформальдегидных связующих называются фенопластами; величины основных показателей ряда фенопластов приведены в табл. 7.

Рекомендации по проектированию и применению пластмассовых деталей и изделий для машиностроения приводятся в разделе "Приложения".

Таблица 7