Инженерные пластики и их применение. Часть 1

Пластмассы могут быть гибкими, они являются диэлектриками (то есть электрическими не проводниками) и термоизоляторами, причём эти свойства могут являться либо преимуществами, либо недостатками, в зависимости от использования. Свойства пластмасс могут быть изменены путём использования усиливающих агентов, наполнителей и химических добавок. Инженерные приложения для пластмасс включают механические узлы, находящиеся под напряжением, компоненты с низким коэффициентом трения, термостойкие и химически стойкие элементы, электрические детали, корпуса, приложения с высокой светопропускной способностью, инженерные коммуникации специальных зданий (например, химически стойкие трубы) и многие другие области применения. Этапы, необходимые для коммерческой разработки нового конструкционного пластика, в отношении определений во многом совпадают с теми, которые необходимы для разработки нового химического вещества.

Эти функциональные шаги могут быть определены так: определение потребности, научные исследования, маркетинговые исследования, патентно-правовые аспекты, процессы производства и переработки, продвижение продукта на рынке и продажа и обслуживание. Вышеуказанные функциональные операции расположены в общем хронологическом порядке, но в отношении времени и функций существует много общего, а между людьми, выполняющими каждое действие, существует постоянное взаимодействие. Каждая из этих коммерческих функций разработки подробно обсуждается дальше. Мы постараемся проследить весь путь производства инженерных пластиков, от подготовительных этапов до продаж, обрисовав общую картину и предоставив представление об отрасли, так сказать, «с высоты птичьего полета». Более подробно рассмотрим термопласты и термореактивные материалы, а также термопластичные термореактивные материалы, их технические свойства и области применения. Кроме того, мы рассмотрим инженерные пластики с точки зрения пользователей, поскольку это, на наш взгляд, гораздо более полезно, чем дополнительное обучение инженеров, которые и так владеют основами. Для начала же кратко коснёмся истории, взглянув на рост использования пластмасс в инженерных областях.

Что касается самых ранних инженерных материалов, то до XX века инженеры были довольно ограничены в работе, имея доступ только к нескольким материалам, таким как железо, медь, олово, цинк, латунь, бронза и, конечно же, дерево. Сталь стала более доступной не сразу и благодаря более широкому использованию открытых бессемеровских и мартеновских процессов и последующему открытию легированных сталей. А на рубеже веков (XIX-XX) стал доступен в коммерческих количествах и алюминий. Хотя нитрат целлюлозы, полусинтетический пластик, а не инженерный материал, был представлен ещё в 1868 году, первый полностью синтетический пластик, фенолформальдегид, был введен в 1909 году. Фенолформальдегид, безусловно, является инженерным материалом и первым из таких продуктов, который вызвал серьёзный интерес со стороны инженеров. С момента введения фенолформальдегида в 1909 году на рынок хлынул постоянный поток новых пластиков.

Сегодня существует около 50 только отдельных семейств этих материалов, не считая сплавов или других модификаций основных типов и не говоря об отдельных пластиках. Не все из них имеют инженерные приложения, но большинство — да. Значение этого прогресса переоценить трудно, ведь на протяжении многих столетий у инженеров было всего около десятка основных материалов для работы. Кроме того, они были ограничены в своих конструктивных соображениях свойствами этих нескольких материалов. Таким образом, всего за последние 60 лет мы увидели появление примерно пятидесяти новых семейств пластмассовых инженерных материалов и сотен и даже тысяч модификаций этих материалов. Выделив некоторые из этих постфенольных разработок, мы увидели поливинилхлорид, введенный ещё в 1927 году, акрил в 1936 году, нейлон в 1938 году и фторуглерод в 1943 году. АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) был введен в 1948 году, ацеталь в 1956 году, поликарбонат в 1957 году, оксид полифенилена в 1964 году и полисульфон в 1965 году. Как видим, многие из инженерных пластиков уже очень старые.

Совсем недавно мы наблюдали появление других новых пластиков, в том числе таких экзотических, высокоэффективных материалов, как полибензимидазолы, полиоксадиазолы, полиперфтортриазины, полифенилены и такие неорганические материалы, как полимеры бора, металлоксаны и полисилазаны, и это лишь некоторые из них. Эти экзотические материалы сегодня являются продуктами MOSDI разработки, они очень дороги и, несомненно, найдут свое первое применение, если таковые имеются, в аэрокосмической промышленности, которая требует высокой производительности, предлагаемой этими материалами и может позволить себе платить за них. Некоторые из этих новых материалов станут коммерчески успешными, другие — нет. Рост всех пластиков в целом и, в частности, инженерных пластиков идет в ногу с общим прогрессом в технологиях. Что наиболее важно, военные требования в последние годы и, конечно, холодная война стимулировали разработку новых и лучших пластиков.

Требования мирного времени, поскольку они могут быть отделены сегодня от потребностей войны, также стимулировали разработку и использование новых пластиков. Рассмотрим, например, растущее использование пластмасс в транспортной, бытовой, электронной и других отраслях промышленности. Действительно, такие потребности и разработки в последние годы привели к появлению совершенно новой дисциплины, а именно, материаловедения. Инженер по материалам был самым важным в стимулировании и ускорении использования технических пластмасс. Деятельность по определению потребностей его компании в отношении приложений, стандартов и затрат, передачи этой информации поставщикам и работа с разработчиками материалов для получения желаемого материала осуществляется именно этим специалистом. И это огромное преимущество для развития, особенно при работе с крупными компаниями.