- Като начало, тук са дадени няколко известни приказки за
полимерите. Отдавна се знае, че полимери се наричат веществата, макромолекулите на които са
съставени от елементарни звена (мономери) с еднаква структура. Различни класификационни признаци подреждат полимерите в отделни групи:
- според състава, полимерите се делят най-общо на органични и неорганични. Органичните са карбоверижни (цялата им молекулна верига е от въглеродни атоми) или хетероверижни (с кислородни, хлорни, флуорни атоми или с радикали във веригата). Неорганичните са съставени от окиси на Si, Al, Mg, Са и се причисляват към керамичните материали;
- според вида на макромолекулата, полимерите се делят на такива с линейна, разклонена, лентова и пространствена форма на макромолекулата;
- според фазовото си състояние, полимерите се делят на аморфни и кристални. Химиците казват, че кристализацията се извършва в температурен интервал и обикновено не протича докрай. Така, получената структура е аморфно-кристална;
- според състоянието си при нагряване, полимерите са термопластични и термореактивни. Термопластичните при нагряване се размекват, а при охлаждане се втвърдяват, като процесът е обратим. Термореактивните също при нагряване се размекват, а при охлаждане се втвърдяват, но вследствие на химични реакции между компонентите им (с или без термично въздействие), придобиват окончателно твърдо, термостабилно състояние.
- Термопласти (термопластични пластмаси)
Тези материали са на основата на термопластичните полимери. Макромолекулата им е линейна или разклонена. Имат незначително свиване, голяма еластичност и най-често се използват без пълнители. Повечето от тях над 60-70º С намаляват физико-механичните си свойства. Термоустойчиви пластмаси от тази група, обаче, имат работен диапазон 150-250º С. Термопластите се предлагат в разнообразен вид - изолационни покрития, фолиа, листове, тръби, профили, конструкционни детайли със сложна пространствена форма.
Някои от популярните представители на тази група пластмаси са:
- полиетилен ( - СН2 - СН2 - )n , материал с аморфно-кристалнa структура, от 55 до 95% кристална фаза, като повишеното съдържание на кристална фаза увеличава якостта и топлоустойчивостта. При нормална температура е неразтворим. Различните марки полиетилен се използват в широк температурен диапазон, от -70 до около 60-100º С. Склонен е към стареене (окисляване от атмосферния кислород), при което крехкостта се повишава. Поради това, при производството му се влагат стабилизатори;
- полистирол ( - СН2 - СНC6H5 - )n , аморфен полимер с невисока топлоустойчивост, разтворим в бензол, склонен към стареене и образуване на пукнатини, обработва се добре. При съполимеризация на стирол и каучук се получава удароустойчив полистирол с приложение в автомобилостроенето;
- политетрафлуоретилен (флуоропласт) ( - СF2 - СF2 - )n , аморфно-кристален материал с работен диапазон до 250º С, като разрушаването му става към 400º С. Устойчив е на въздействието на киселини, основи и разтворители;
- поливинилхлорид ( - СН2 - СНCl - )n , аморфен полимер с добри електроизолационни характеристики. Устойчив срещу химикали, атмосфероустойчив, не поддържа горенето;
- полипропилен ( - СН2 - СНCH3 - )n , аморфно-кристален материал, топлоустойчив от -20 до около 150º С;
- органично стъкло (полиметилметакрилат), прозрачен термопласт на основата на сложни естери на акриловата киселина. Близо два пъти по-лек е от минералните стъкла, старее много бавно. Устойчив е срещу разредени киселини и основи. При около 100-150º С (за различните марки) става пластичен и се формова в различни изделия. Използва се в самолето- и автомобилостроенето.
- Реактопласти (термореактивни пластмаси, дуропласти)
Тези пластмаси са на основата на термореактивните полимери. За да се формират, е задължително наличието на два компонента - смола и втвърдител. Използват се и различни прибавки. Най-общо, реактопластите се състоят от:
- смоли: фенолформалдехидни, епоксидни, полиестерни, полиуретанови и други. Смолите трябва да имат приемливи показатели за конкретните случаи на приложение - висока адхезионна способност към другите материали, топлоустойчивост и химическа устойчивост, възможност за втвърдяване при стайна температура, ниски (и още по-добре, липса на) токсични и психотропни въздействия, отлични технологични възможности за преработване, и други.
- втвърдители: най-често различни киселини и амини;
- пълнители: праховидни, влакнести и слоести. Праховидните пълнители са минерални и метални материали - кварцов пясък, кварцово брашно, корунд, карборунд, метални прахове. По-рядко са с органичен произход - фини дървени стърготини и полимерни гранули. Пластмасите с минерални и метални пълнители са с ниска ударна и механична якост, но имат висока износоустойчивост. Влакнестите и слоестите пълнители са на синтетична или стъклена основа. Като пълнители могат да се използват отпадъци от текстилното производство - памучни или полиестерни нишки и тъкани. При вграждане на стъклени нишки или стъклотъкани, получените стъклопласти или композити (със специална оплетка на стъклотъканта) са с висока топлоустойчивост и якост;
- пластификатори, оцветители, ускорители и други вещества.
Като пример за приложението на тази група пластмаси е епоксидната система (смола, втвърдител, прибавки), използвана за изработване на леярски пластмасови модели.
- Пенопласти
Тези материали се състоят от твърда и газообразна фаза. Пенопластите са с гнездообразна (пореста, шуплеста) структура, имат малка плътност 20-25 kg/m³ и много добри топло- и звукоизолационни характеристики. Широко е приложението им в авиационната промишленост, корабостроенето, ж.п. транспорта и в строителството.
Един от най-разпространените термопластични пенопласти е пенополистирольт. Освен в посочените области, пенополистиролът се използва и в леярското производство. Изработеният от пенополистирол леярски модел се поставя в леярска форма и под въздействието на течния метал моделът се газифицира, а на неговото място се получава отливка със зададената конфигурация.
Със студентите от I курс, 73-та група, ЕМФ, ТУ-София, упражнението започна с малко приказки в Лаборатория 3309, след което в Лабораторията по леене бяха изработени пластмасови образци за определяне на ударната жилавост. След седмица, набързо, в Лабораторията по изпитване образците бяха разрушени. Лабораториите са на катедра МТМ, ТУ-София.
На снимките са показани моменти от изработването на пластмасовите образци и разрушаването им с чука на Шарпи:
|
|
Наблюдението на ломовете с бинокулярен микроскоп и коментарите на получените резултати ще бъдат добавени по-нататък.
Литература и интернет
- Учебници и ръководства по материалознание (9)
- Новоселец, Л., Епоксидни смоли, С., Техника, 1983.
- сайт на Пластимо АД - експандиран полистирен на плочи и блокове, стиропорни тръби, уплътнители и опаковки, пластмасови изделия за бита и промишлеността, представяне в CastingArea.
- сайт на Freeman Mfg. & Supply Co. - flexible polyurethane elastomers, aluminum and iron filled epoxy casting systems, epoxy laminating resins, coloring components for urethanes or epoxies, представяне в CastingArea.
- сайт на TSS - patterns for series and mass production from casting resins Epoxy, Ebalta, Axson, Furtenbach, Ciba-Geigy, polystyrene foundry patterns, представяне в CastingArea.