- Термопластик — определение, свойства, типы, применение
- Что такое термопласт?
- Состав термопластов?
- Типы термопластов
- Свойства термопластов
- Производство термопластов?
- Применения термопластика
- Насколько прочен термопластик?
- Преимущества термопластика
- Недостатки термопластика
- Какова максимальная рабочая температура термопласта?
- Безопасен ли термопласт в использовании?
Термопластик — определение, свойства, типы, применение
Термопластичные материалы состоят из полимерных цепей с повторяющимися мономерами. Они могут быть дополнены наполнителями и стабилизаторами для дальнейшего улучшения их свойств.
Термопласты являются одними из наиболее широко используемых производственных материалов из-за их низкой стоимости, простоты использования и широкого диапазона свойств различных доступных марок.
Их большое разнообразие означает, что конкретные термопласты хорошо подходят для определенных задач или требований.
Например, для одного применения может потребоваться прочный, но оптически прозрачный поликарбонат, в то время как для других лучше подходит полипропилен из-за его прочности, стойкости к ультрафиолетовому излучению и химической стойкости.
В этой статье объясняется, что такое термопласты, из чего они сделаны, а также механические свойства некоторых из наиболее распространенных марок.
Что такое термопласт?
Термин «термопласт» относится к категории пластмасс, которые можно размягчить при нагревании и затвердеть при охлаждении. В отличие от термореактивных полимеров, термопласты можно формовать и изменять форму несколько раз.
Способность формировать термопласты с использованием тепла может быть привлекательной для многих приложений, включая строительство, потребительские товары и медицинские устройства.
Термопласты состоят из длинных цепочек молекул, называемых полимерами. Тремя наиболее распространенными термопластами являются полиэтилен, полипропилен и ПВХ.
Каждый тип термопласта обладает уникальными свойствами, которые делают его пригодным для конкретных целей.
На Рисунке 1 ниже показан тип термопластичных гранул, которые вы можете увидеть, когда материал находится в необработанном и несформованном состоянии:
Состав термопластов?
Каждый термопласт изготовлен из базового полимера, который часто сопровождается пигментами, наполнителями и стабилизаторами.
Базовый полимер придает материалу общие механические, термические и коррозионно-стойкие свойства. Любые цвета будут получены из пигментов, хотя прозрачные и белые термопласты часто не содержат пигментов.
Наполнители используются для улучшения механических или термических свойств — например, стекловолокно улучшит термостойкость, а углеродное волокно улучшит прочность.
Стабилизаторы добавляются для улучшения устойчивости к ультрафиолетовому излучению, огнестойкости или других функциональных свойств.
Типы термопластов
Существует множество различных типов термопластов. В целом их можно разделить на товарные или инженерные пластмассы.
Товарные пластики используются для широкого спектра применений и являются наиболее широко производимыми пластиками, отчасти из-за их низкой стоимости.
Инженерные пластики специально разработаны для более сложных применений. В таблице 1 ниже перечислены некоторые распространенные материалы в каждой категории:
| Термопласты | Определение | Характеристики | |
|---|---|---|---|
|
Товар |
Полипропилен (ПП) |
Полукристаллическая структура из полипропиленовых мономеров |
Прочный, жесткий и устойчивый к коррозии |
|
Товар |
Полиэтилен низкой плотности (LDPE) |
Низкая кристалличность из мономеров этилена |
Прочный, гибкий и устойчивый к коррозии |
|
Товар |
Поливинилхлорид (ПВХ) |
Аморфная структура из мономеров винилхлорида |
Ударопрочность, водостойкость и химическая стойкость. Может быть как жестким, так и гибким. |
|
Товар |
Полиэтилен высокой плотности (HDPE) |
Линейная молекулярная цепь мономеров этилена с повышенной кристалличностью |
Прочный, жесткий, с хорошей термической и химической стойкостью |
|
Инжиниринг |
Полиэфирэфиркетон (PEEK) |
Полукристаллический с основой из ароматического полимера |
Отличная химическая, термическая и абразивная стойкость. Отличные механические свойства |
|
Инжиниринг |
Поликарбонат (ПК) |
Аморфная структура из повторяющихся карбонатных групп. |
Очень прочный, но оптически прозрачный, как стекло |
|
Инжиниринг |
Полиацетальный сополимер (POM-H / Delrin®) |
Высококристаллическая структура, состоящая из углерода, связанного с двумя органическими функциональными группами. |
Отличные механические и термические свойства. |
|
Инжиниринг |
Полиамид ПА (нейлон) |
Полукристаллический из мономеров диамина и аминокислоты |
Низкое трение, хорошая стойкость к ультрафиолетовому излучению, хорошая ударопрочность и сопротивление усталости |
Свойства термопластов
Некоторые ключевые механические свойства популярных термопластов перечислены в Таблице 2 ниже:
| ПП | ПЭВД | HDPE | ПВХ | ПК | ПОМ-Н | PEEK | ПА 6 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Плотность (г/см3) |
0,9 |
0,921 |
0,96 |
1,40 |
1,20 |
1,42 |
1,34 |
1.14 |
|
Твердость (по Шору D) |
72 |
54 |
70 |
89 |
79 |
— |
85,6 |
77,3 |
|
Предельная прочность на растяжение (МПа) |
23,4 |
11,7 |
31,7 |
57,6 |
74 |
76 |
98 |
70,2 |
|
Удлинение при разрыве (%) |
300 |
400 |
400 |
5 |
50 |
45 |
24,2 |
66,1 |
|
Модуль упругости при растяжении (ГПа) |
1,05 |
0,393 |
1,38 |
3.21 |
2,4 |
2,9 |
— |
— |
|
Прочность на изгиб (ГПа) |
33.1 |
— |
— |
— |
— |
76 |
156 |
84,9 |
|
Модуль упругости при изгибе (ГПа) |
1,24 |
0,2 |
1,2 |
2,74 |
2,175 |
2,8 |
4.41 |
2,34 |
Производство термопластов?
Термопласты могут быть получены с использованием ряда технологий в зависимости от конкретного типа. Основные методы термопластического синтеза перечислены ниже:
- Переэтерификация: используется для сополиэфирных эластомеров.
- Динамическая вулканизация: используется для термопластичных вулканизатов.
- Прямая сополимеризация: используется для TPE (термопластичных эластомеров).
- Этерификация и поликонденсация: используется для полиамидов.
- Каталитическая сополимеризация олефинов: используется для пластмасс RTPO (реакторный термопластичный полиолефин).
Применения термопластика
Термопласты используются для широкого спектра применений благодаря простоте производства, низкой стоимости и выгодным свойствам. Ниже приведен небольшой пример многих возможных применений термопластов.
- Пищевые контейнеры
- Сумки для покупок
- Одежда
- Веревка
- Потребительские товары
- Автомобильные бамперы
- Насосы
- Шестерни
Насколько прочен термопластик?
Поскольку существует так много типов термопластов, они бывают самых разных классов прочности. Конкретный тип плюс эффекты любых наполнителей будут определять фактическую прочность.
Обычно это свойство определяется пределом прочности при растяжении. Инженерные термопласты обычно имеют более высокую прочность, чем другие. Например, PEEK, один из самых прочных термопластов, имеет предел прочности при растяжении 98 МПа.
Преимущества термопластика
Термопласты являются популярными производственными материалами. Некоторые из причин этого перечислены ниже:
- Простота обработки: термопласты можно производить с помощью широкого спектра технологий, таких как литье под давлением, вакуумное формование, выдувное формование, обработка с ЧПУ и т. д.
- Низкая стоимость: термопласты, особенно товарные термопласты, такие как полипропилен, стоят очень мало за килограмм. Таким образом, получаемые продукты очень доступны по цене, особенно в сочетании с такими технологиями массового производства, как литье под давлением.
- Широкий диапазон свойств: термопласты обладают широким диапазоном механических, термических и электрических свойств. Конкретные свойства зависят от типа термопласта, технологии обработки, типов используемых наполнителей и добавок.
- Высокое отношение прочности к весу: термопласты легкие. Таким образом, компоненты могут быть спроектированы так, чтобы использовать это преимущество, сохраняя при этом нагрузки в допустимых пределах. Пластиковые шестерни — отличный пример.
Недостатки термопластика
Несмотря на многочисленные преимущества и широкое распространение, термопласты все же имеют некоторые недостатки, некоторые из которых перечислены ниже:
- Низкая термостойкость: термопласты имеют гораздо более низкие максимальные рабочие температуры, чем металлы, поэтому их, как правило, нельзя использовать в высокотемпературных приложениях.
- Восприимчивость к ползучести: при длительном воздействии нагрузки термопласты со временем имеют тенденцию к ползучести. Нагрузки должны выбираться таким образом, чтобы ползучесть оставалась в допустимых пределах.
- Химическое выщелачивание: некоторые термопласты со временем могут выщелачивать химикаты. Это может произойти из-за пигментов, добавок, наполнителей или самого базового пластика.
- Слабость к ультрафиолету: большинство термопластов повреждаются под воздействием УФ-излучения. Это приводит к тому, что пластик со временем становится хрупким и теряет цвет.
Какова максимальная рабочая температура термопласта?
Каждый термопласт имеет свою максимальную непрерывную рабочую температуру. На это свойство могут еще больше повлиять добавки, предназначенные для улучшения термической стабильности.
Максимальная рабочая температура термопласта обычно относится к температуре, при которой механические свойства пластика начинают ухудшаться. В таблице 3 ниже указаны максимальные рабочие температуры некоторых распространенных термопластов:
| Тип термопласта | Максимальная рабочая температура воздуха (°C) |
|---|---|
|
ПП |
82,2 |
|
ПЭВД |
71,1 |
|
HDPE |
71,1 |
|
ПВХ |
60 |
|
ПК |
120 |
|
ПОМ-Н |
76,9 — 96,9 |
|
PEEK |
263 |
|
ПА 6 |
122 |
Безопасен ли термопласт в использовании?
Да, термопласт безопасен для многих различных применений.
Однако, если он будет использоваться в присутствии пищевых продуктов или как часть медицинского устройства, важно проконсультироваться с поставщиками, чтобы выбрать безопасный сорт материала.
В этой статье был представлен термопласт, объяснено, что это такое, а также рассмотрены характеристики и типы этого материала.
