Инженерные пластики и их применение. Часть 4

Типичные конструкционные термопласты включают полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы, поли (4-метилпентен-1), поли-п-ксилилен, хлорированный поливинилхлорид, фторопласты (в частности, PVDF) и фторэтилены (PTFE, ETFE, ECTFE), ацетальные смолы, хлорированный полиэфир, полифениленоксид, полисульфон, поликарбонат, нейлон, полиимиды и термопласты, армированные стекловолокном. Они чаще всего предлагают преимущества в обрабатываемости, формировании ультратонких пленок, жесткости, прочности, ударопрочности, смазывающей способности, стойкости к истиранию, высокотемпературной прочности и стабильности размеров, диэлектрических свойств, прозрачности, химической стойкости, водостойкости, и особенно в улучшенном балансе между комбинациями этих свойств. Основные области применения — это механические детали в машинах и приложениях; электроизоляция в электрических и электронных приборах; и резервуары, трубы, фитинги и уплотнения в оборудовании перерабатывающей, химической и других видов промышленности.

Они обрабатываются в основном методом литья под давлением, иногда путем экструзии, а часто даже путем механической обработки. Новые материалы будут продолжать присоединяться к этому списку еще долгое время, и некоторые из них могут в конечном итоге перерасти в товарный статус. С момента начала их коммерческого использования уже более 100 лет назад, пластмассы росли ускоренными темпами и уже значительно превышают по объемам эксплуатации металлы. Скорость их роста уже в разы превышает скорость роста обычных материалов, таких как металлы, керамика, дерево, резина, текстиль и бумага, в основном потому, что пластмассы часто предлагают превосходства в гибкости обрабатываемости, соотношении прочности / веса, ударной вязкости (больше, чем у керамики, текстиля и бумаги), варьируются от смазывающей способности до адгезии, обладают стойкостью к истиранию, энергопоглощением, являются отличной тепловой и электрической изоляцией, предлагают широкие диапазоны цветов и прозрачности и демонстрируют устойчивость к неорганической химической коррозии. В то же время пластмассы всё еще страдают от ряда недостатков, которые ограничивают их принятие и рост.

Обрабатываемость их всё еще не проста и не достаточно универсальна для всех применений. Жесткость, как правило, ниже, чем у металлов, керамики и дерева. Прочность, как правило, ниже, чем у металлов и керамики. Хрупкость выше, чем у металлов и дерева. Низкая твердость позволяет царапать и портиться из-за истирания неорганических материалов. Коэффициент теплового расширения намного выше, чем у металлов и керамики, что вызывает затруднения при подборе компонентов в широком диапазоне температур. Пластмасса становится намного более хрупкой при низких температурах и размягчается быстрее, чем металлы, керамика и древесина при высоких температурах. Они также подвергаются термическому разложению и окислению при высоких температурах и более огнеопасны, чем металлы и керамика.

Выветривание на открытом воздухе вызывает постепенное и часто довольно быстрое ухудшение свойств материалов. Устойчивость к органическим химикатам у них тоже нередко плохая. У некоторых пластиков поглощение влаги вызывает сильную нестабильность размеров и свойств. Проницаемость намного выше, чем у металлов и стекла, что вызывает проблемы при упаковке. И цена зачастую выше, чем у конкурентных материалов. По всем этим причинам химики-органики и инженеры-химики тратят немало ресурсов на разработку новых пластмассовых материалов для устранения этих недостатков, и такие новые материалы появляются в последние полвека довольно регулярно. Термопласты получили наибольший рост благодаря их экономичному синтезу из недорогого сырья и способности адаптироваться к массовому производству с помощью технологий непрерывной обработки.

Все пластмассы являются инженерными материалами в том смысле, что они обладают особыми свойствами, которые мы количественно оцениваем при разработке конечных применений. Среди крупных термопластов большого объема мы, безусловно, должны отдать должное техническим характеристикам полиолефинов, полистирола, ударопрочного стирола, АБС, виниловых, акриловых и целлюлозных пластиков. Однако, как правило, когда продавцы пластмасс говорят о конструкционных пластмассах, они используют этот термин, чтобы отличить новые материалы, которые всё еще используются в меньшем объеме и по более высокой цене, и часто всё еще ищут свои оптимальные рынки применения на основе определенных превосходных свойств, что оправдывает их более высокую стоимость. Наиболее часто улучшаемые свойства включают обрабатываемость, жесткость, прочность, ударопрочность, смазывающую способность, стойкость к истиранию, жаропрочность и стабильность размеров, диэлектрические свойства, прозрачность, химическую стойкость, водостойкость и особенно улучшенный баланс между комбинациями этих свойств.

Эти улучшения чаще всего приводят к применению в качестве механических деталей в машинах и приборах, электроизоляции в электрических и электронных приборах, а также резервуаров, труб, фитингов и уплотнений в оборудовании для перерабатывающей и химической промышленности. В таком гибком определении инженерных термопластов точный список и количество материалов и / или семейств материалов будет варьироваться с точки зрения специалиста, который готовит этот список. В целях иллюстрации в следующих частях мы рассмотрим несколько термопластов, наиболее активно используемых в течение последних нескольких десятилетий, которые производятся в небольших и средних объемах, предлагаются по средним и высоким ценам и находят все более широкое применение в продуктах, где их превосходные свойства оправдывают их более высокую стоимость. Большинство этих описаний технических термопластов взято из описаний производителей и еще не публиковавшихся обсуждений с производителями и пользователями этих материалов.