Пластмасса – материал, основой которого являются высокомолекулярные органические соединения, образованные в результате синтеза или превращений природных продуктов. Более простыми словами – это искусственный материал, состоящий из синтетических полимеров. Полимером называется высокомолекулярное соединение одинаковых мономеров.
Получение пластмассы
Наиболее распространенными способами получения пластмассы признаны реакция полимеризации и реакция поликонденсации.
Реакция полимеризации представляет собой образование высокомолекулярного соединения большого числа мономеров.
Реакция полимеризации
При реакции поликонденсации – взаимодействие мономеров с несколькими функциональными группами, в результате которого образуется высокомолекулярное соединение.
Реакция поликонденсации
Наглядно это выглядит следующим образом (см. табл. 1).
В состав пластмасс кроме полимеров входят пластификаторы (увеличивают пластичность и текучесть), стабилизаторы (придают необходимые свойства – увеличивают прочность, износостойкость, долговечность), красители (для придания цвета будущему изделию), порообразователи (образуют поры в материале), антипирены (снижают горючесть).
Типы и виды пластмасс
Пластмассы имеют различия по своим структурным, физическим, химическим и др. свойствам:
- Термопласты (полиэтилен, полистирол, полипропилен). Могут перерабатываться, способны принимать новую форму при нагревании;
- Термореактивные пластмассы (эпоксидные, фенолформальдегидные смолы). Не подлежат переработке, при нагреве к первоначальной форме не возвращаются;
- Эластомеры обладают высокими гибкостью при растяжении;
- Пеноматериалы содержат пустоты в своей структуре (пенопласт).
Кроме того, пластмассы дополнительно классифицируются по составу (однокомпонентные, многокомпонентные, ненаполненные, наполненные), по виду наполнителя (порошковые, волокнистые, газонаполненные), по способу производства и применения.
Пенопластовый утеплитель труб
Наиболее распространенными в производстве и быту являются следующе виды пластмасс:
- Полиэтилентерефталат (ПЭТ) – отличный материал для изготовления тары для пищевых продуктов;
- Полиэтилен высокой плотности (HDPE). Обладает высокой прочностью, устойчив к химическим воздействиям. Экологически безопасный;
- Поливинилхлорид (ПВХ). Жесткий, устойчив к износу. В своем составе имеет вредные добавки;
- Полипропилен (PP). Термопластичный материал, высокопрочный, жаростойкий. Поддается переработке;
- Полистирол (PS). Светоустойчив, обладает устойчивостью к воздействию УФ-лучей.
Отдельный вид пластмасс составляют полимеры, не входящие в перечисленные. К ним относятся поликарбонат, нейлон, ацетат целлюлозы.
Применение пластмасс
Ряд преимуществ в сравнении с другими видами материалов обеспечили пластмассам широчайший спектр их применения в народном хозяйстве.
Области применения пластмасс
В машиностроении многие металлические детали заменяются пластмассовыми (шестерни, подшипники скольжения, втулки, корпуса приборов и т. д.).
В строительстве повсеместно встречаются пластиковые окна, двери, кровля, внутренние отделочные элементы, трубопроводы различного назначения.
Сельское хозяйство использует пластик в тепличном и парниковом хозяйствах, в качестве укрывочного материала силосных ям и насаждений, на молочно-товарных фермах.
В медицине из пластика изготовлены одноразовые шприцы, системы (капельницы), аналоги человеческих органов (протезы), лабораторное оборудование.
Электротехника, электроника так же не обходится без пластмассовых элементов – изоляционные устройства, корпуса радиоприборов.
В быту изделия из пластика встречаются повсюду – посуда, одежда, обувь, бытовая техника (телевизоры, холодильники, кондиционеры и др. приборы, устройства и аксессуары).
Детские игрушки, спортивный инвентарь, рекламная отрасль – сферы применения пластмасс поистине безграничны. Пластик стал неотъемлемой частью жизни современного человека.
Определение изгибающих свойств пластмасс
При нагружении часто встречаются различные виды деформаций. Для прогнозирования целесообразности дальнейшей эксплуатации необходимо проверять качество материала, из которого произведены (или будут производиться) какие-либо изделия.
Испытания на изгиб считается важным этапом в оценке механических свойств пластмассы.
Проверка прочности пластмассы на изгиб отражает жесткость материала. Жесткость, в свою очередь, отражает сложность деформации испытываемого материала – относительное удлинение при разрыве, ударную вязкость, предел прочности и модуль упругости.
Испытания на изгиб также позволяют определить усталостные свойства пластмасс. Чем больше циклов изгибания выдерживает образец, тем лучше свойства испытываемой пластмассы.
Одним из методов определения температуры хрупкости (морозостойкости) пластмасс являются испытания на изгиб консольно закрепленного образца (проводятся в криогенной камере – см. рис. 2).
Испытания на изгиб в криокамере
В этом виде испытаний на охлажденный образец (6) прикладывается нагрузка индентором (4). КИП испытательного устройства фиксируют значения приложенной нагрузки и деформации образца.
Испытания пластмасс на изгиб проводятся на специальных испытательных машинах МИМ, обеспечивающих заданные скорости нагружения образца и оснащенных КИП, позволяющими фиксировать значения скорости и приложенной нагрузки на различных этапах испытания.
Образец в форме пластины определенного размера располагается на двух или более точках опоры. К нему прикладывается определенная нагрузка с заданной скоростью. КИП считывают результаты испытаний. Испытание продолжается до разрушения образца или достижения им заданной величины прогиба.
Основным видом испытаний пластмасс является испытание на трехточечный изгиб (см. рис. 1).
Руководящими документами проведения испытаний пластмасс на изгиб являются:
- ГОСТ 4648-2014 «Пластмассы. Метод испытания на статический изгиб»;
- ГОСТ 4647-2015 «Пластмассы. Метод определения ударной вязкости по Шарпи»;
- ГОСТ 9550-81 «Пластмассы. Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе»;
- ГОСТ 12021-2017 «Пластмассы и эбонит. Метод определения температуры изгиба под нагрузкой» и ряд других стандартов.