Современное состояние и проблемы производства конструкционных пластиков

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

Институт природных  ресурсов

Направление – Химическая технология

Кафедра – Технологии органических веществ и полимерных материалов

 

 

 

 

Реферат

 

«Современное  состояние и проблемы производства конструкционных пластиков»

 

 

 

 

 

 

 

 

Исполнитель

Студент гр. 2ДМ31            Руководитель	************
к.х.н., доцент	Л. И. Бондалетова

 

 

 

 

Томск – 2013г

Оглавление

 

Введение

Слово пластмасса настолько  глубоко проникло в наше общество и культуру, что многие считают, что наступила эра пластмассы. Полимеры - это материалы состоящие из молекул с высокой молекулярной массой. Уникальные свойства полимерных материалов и многообразие методов их переработки объясняются их молекулярной структурой. Легкость, с которой пластмассы перерабатываются и с которой отдельные части становятся единым целым, а также большая прочность при малом весе, делает этот материал наиболее привлекательным в настоящее время.

На протяжении многовековой истории человечества органические полимеры являются тем важным атрибутом цивилизованной жизни, который стал незаменимой составляющей практически во всех сферах деятельности, будь то производство пищевых продуктов, одежды и даже транспортных средств. Основными продуктами индустрии полимеров являются волокна, упаковочные материалы, синтетический каучук, облицовочные материалы, покрытия, клеящие вещества и большая группа материалов, называемых пластиками.

В данный момент наиболее заманчивая перспектива — применение синтетических полимеров в качестве конструкционных материалов для строительства жилых домов и других зданий, а также производства автомобилей, самолетов, кораблей. Пластики и синтетические покрытия стали широко использоваться для отделочных работ в строительстве (полы, изоляция, украшения и т. п.).

Пластмассы обладают комплексом свойств, исключительно  ценных для строительства: легкостью (т. е. малым объемным весом) и в  то же время значительной прочностью, хорошими теплоизоляционными и электроизоляционными качествами, стойкостью к коррозийным воздействиям и долговечностью, а также красивым внешним видом. Некоторые пластмассы, кроме того, обладают прозрачностью и высокой клеящей способностью; отдельные пластмассы могут образовывать тонкие пленки и защитные покрытия. Пластмассы обладают также замечательной способностью легко перерабатываться в изделия требуемой формы и заданных размеров.

Строительные изделия  из пластмасс получают удобными для  производства высокотехнологичными методами формования. Пластмассы можно отливать в формы, прессовать, штамповать, размягчать и в таком виде продавливать через мундштуки машины, чтобы изготовить трубы, бруски и другие профилированные детали. Пластмассы можно легко сваривать и склеивать. Применение пластмасс способствует улучшению конструктивных элементов зданий, уменьшению их веса и повышению эксплуатационных качеств, и, как следствие, обеспечивает стремительное развитие технического прогресса в строительстве.

В настоящее время  пластмассы приобретают исключительно  важное значение как строительные материалы, часто применяемые в комбинации с древесиной, металлами и вяжущими веществами.

 

Общая характеристика конструкционных материалов

Конструкционные пластмассы в строительстве применяют в  составе элементов несущих и  ограждающих конструкций. К ним относятся:

- стеклопластики;

- пенопласты;

- оргстекло;

- воздухо - и водонепроницаемые  ткани и пленки;

- древесные пластики.

Стеклопластики – это листовой материал из стеклянных волокон или тканей, связанных синтетической смолой. Стеклянные волокна (наполнитель) служат армирующими элементами: они воспринимают основные нагрузки при работе материалов конструкций. Смола не только связывает стеклянные волокна, но и распределяет усилия между ними, защищает материал от внешних воздействий.

Пенопласты – это ячеистые газонаполненные конструкционные пластмассы. Они представляют собой нетвердую пену, состоящую из массы замкнутых ячеек, заполненных воздухом или безвредным газом.

Наполнителями являются газы, выделяющиеся в процессе пенообразования.

Пенопласты образуются путем горячего вспенивания термопластичных  смол или введением отвердителей и пенообразователей в состав термореактивных смол в процессе их твердения.

Применяют для слоистых плит, панелей покрытий и стен.

Органическое стекло (оргстекло) полностью состоит из термопластичной смолы полиметилметакрилата без каких-либо наполнителей и изготовляется в виде листов или плит.

Применяют для создания светопрозрачных участков в покрытиях  и стенах. Малая теплостойкость оргстекла  позволяет формовать из нагретых листов гнущиеся поверхности фонарей.

Воздухо - и водонепроницаемые  ткани и пленки – материал, состоящий:

- из технического  текстиля (прочностная основа тканей). Технический текстиль изготавливается  из высокопрочных синтетических  волокон: полимерных волокон типа капрон; полиэфирных волокон типа лавсан.

- Из эластичных покрытий (обеспечивают воздухонепроницаемость  тканей, служат для связи нитей  и слоев текстиля между собой,  замедляют процесс старения). В  качестве покрытий применяют  резину на основе синтетических каучуков, эластичный пластифицированный поливинилхлорид.

Применяют для изготовления пневматических конструкций:

-воздухоопорных пневмооболочек, состоящих из тканевой оболочки, опорного контура, входного шлюза, воздуходувной установки. Воздухоопорные оболочки могут образовывать покрытия пролетом до 60 м. Они имеют небольшую массу (1 кг/м2), могут перевозиться любым видом транспорта в сложенном виде и устанавливаться на опорный контур в считанные дни.

-пневмовантовых конструкций, представляющих собой такую же воздухоопорную оболочку, в состав которой включены стальные тросы – ванты, которые воспринимают основную часть усилий, действующих в оболочке, и поэтому пролеты пневмовантовых конструкций могут быть значительно больше и достигать 100 м.

-пневмокаркасных конструкций, состоящих из пневмоэлементов: пневмостоек, пневмобалок, пневмоарок, которые представляют собой герметически замкнутые баллоны из особо прочной воздухонепроницаемой ткани. Они могут служить стойками, балками, арками небольших (до 12 м) пролетов.

Древесные пластики – материалы, полученные соединением продуктов переработки натуральной древесины синтетическими смолами.

К ним относятся:

-древеснослоистые пластики - листы или плиты, изготовленные из тонкого лущеного шпона, пропитанного и склеенного формальдегидными полимерами термореактивного типа при высокой температуре и под большим давлением.

К группе ДСП относятся:

• балинит – пластик, полученный из шпона, выщелоченного в растворе едкого натрия и пропитанного фенолформальдегидной смолой;
• арктилит – армированный пластик, полученный из шпона, слои которого чередуются со слоями ткани и металлической сетки.
• древесностружечные плиты (марки ПС и ПТ) получают горячим прессованием под давлением древесных стружек, пропитанных термореактивными смолами: фенолформальдегидными, мочевиноформальдегидными и др. Количество смолы составляет 10 %, древесной стружки – 90 %. Применяют в строительстве в качестве перегородок и для декоративной отделки стен и потолков.

-древесноволокнистые плиты (ДВП) получают путем горячего прессования волокнистой массы, состоящей из органических, преимущественно целлюлозных волокон, воды, наполнителей, синтетических полимеров и некоторых специальных добавок. Сырьем служат отходы деревообрабатывающей промышленности, которые размалываются до волокнистого состояния. Применяют в строительстве в качестве перегородок и для декоративной отделки стен и потолков.

А так же современные конструкционные пластики подразделяются на пластики с температурой плавления от 100 °С до 150 °С и суперконструкционные пластики с температурой плавления свыше 150 °С . К конструкционным пластикам относят полимеры на основе полиоксиметилена, поликарбоната, полиамида, полибутилентерефталата, полиэтилентерефталата, СВМПЭ, полиэфиркетона, полиамидимида и ряда других полимеров.

К суперконструкционным пластикам относят полимеры на основе полифениленсульфида, полиэриловых эфир сульфонов, полиэфир имидов, жидкокристаллические полимеры и длинноволоконные термопласты.

Все эти пластики еще  подразделяются на аморфные и частично кристаллические, что необходимо учитывать при технологии переработки материалов.

Применение таких пластиков  при производстве технических изделий  обеспечивает для изделий:

-температурную и размерную  устойчивость и соответственно  возможность использования в широком  температурном диапазоне;

-возможность снижения  массы конструкций при ее высокой  прочности;

-высокий уровень безопасности  по электрической прочности, трекингостойкости,  дугостойкости);

-высокий уровень стойкости  к УФ илучению;

-возможность использования красителей для создания цветовой гаммы для изделий.

 

Современное состояние

Производство конструкционных  пластиков не стоит на месте и  день ото дня находятся все  новые и новые материалы и  места их применения.

Появление на рынке сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) с высокими физико-механическими характеристиками расширило его применение в тех областях, где обычные марки ПЭ и других термопластов не выдерживают жестких условий эксплуатации.

Сверхвысокомолекулярным принято считать полиэтилен с молекулярной массой более 1,5•10⁶. СВМПЭ характеризуется линейной структурой макромолекул, практически не имеющих боковых ответвлений.

Механические свойства СВМПЭ обусловлены его молекулярными  характеристиками - высокой линейностью  макромолекул, высокой молекулярной массой и отсутствием низкомолекулярных фракций. СВМПЭ по многим показателям превосходит другие марки полиэтилена, а также некоторые другие полимеры. Уникальные технические характеристики СВМПЭ начинают проявляться у полимера с молекулярной массой 3,5•10⁶.

К основным эксплуатационным характеристикам СВМПЭ следует  отнести его чрезвычайно высокую  ударную вязкость, высокую износостойкость, низкий коэффициент трения, стойкость  к растрескиванию, химическую стойкость, а также стабильность этих показателей в широком диапазоне температур от -200°С до +90°С.

В машиностроении СВМПЭ  используется при изготовлении втулок, шестерен, опор, подпятников, подшипников, клапанов, поршней, крыльчаток насосов  и др.)

Несмотря на явные  преимущества СВМПЭ и изделий из него по целому ряду механических показателей, этот материал не лишен серьезных недостатков. Одним из них остается сравнительно низкая теплопроводность полимера. В результате неполного прогрева внутреннего объема изделия может наблюдаться недостаточное спекание частиц СВМПЭ, и как следствие, потеря прочности массивных деталей.

Следующим недостатком  СВМПЭ являются существенные усадки при формовании изделий, следует  отметить и повышенную горючесть  СВМПЭ (как и других полиэтиленов).

Наполнители, как правило, позволяют избежать технологических усадок при формовании. Неорганические наполнители позволяют заметно понизить и горючесть материала. Кроме этого, правильным подбором наполнителей можно регулировать такие характеристики материала, как твердость, износостойкость, модуль упругости, ползучесть, ударная вязкость, теплопроводность, коэффициент теплового расширения. Также, значительным фактором при производстве значительных объемов продукции является снижение себестоимости материала за счет использования более дешевых по сравнению с основным полимером инертных наполнителей.

Все более широкое  применение находят новые марки  полиамида на основе ПА 66 и в сравнении  с ПA6, этот материал более плотный  и жесткий, но также и более  хрупкий. ПА 66 используют вместо ПА 6, когда требуется более высокая плотность и жесткость материала в ущерб упругости. ПА 66 имеет высокую износостойкость, низкий коэффициент трения, поэтому для скользящих деталей не требуется смазка. Материал имеет очень высокое растягивающее напряжение и прочность на сжатие, а вязкость материала более высокая, чем у полиамида 6.Однако к недостаткам следует отнести гигроскопичность материала и недостаточную маслостойкость, что может привести к изменению его механических и электрических свойств, геометрических размеров изделий. Обычно ПА 66 различных марок применяют при производстве зубчатых колес, эксцентриков, шкивов, малоизнашивающихся направляющих, колес и механических деталей.

Марка полиамида PA4T (DSM), позволяет  получить размерную стабильность, совместимость для бессвинцовой пайки, высокую жесткость и механическую прочность при повышенных температурах и находит применение в автомобильных электрических системах, воздушно/топливных, и трансмиссионных компонентах.

Новые марки ПА 66 предназначены  для крупных компонентов в отсеке двигателя, таких как корпуса головок цилиндров или торцевые заглушки системы охлаждения, что дает возможность как для уменьшения массы, так и для выполнения требований по горючести материала. Для изделий, работающих в тяжелых условиях эксплуатации все более широкое применение находит полиоксиметилен (ПОМ). Материал обладает высокими механическим характеристикам, стойкостью к воздействию влаги и масла, высокой усталостной прочностью, ударопрочностью, в том числе ми при низких температурах, хорошей стабильностью размеров изделий, низким коэффициентом трения. В сравнении с ПА 6 ПОМ имеет более низкое сопротивление истиранию.