Механические свойства пластмасс

Жесткость – все пластмассы имеют низкий модуль упругости, который находится в пределах от 0,0002 до 0,03 МПа и по сравнению с металлами в 100 – 1000 раз меньше. Наполнителями можно повысить жесткость, но незначительно. Жесткость реактопластов больше жесткости термопластов:

- при повышении температуры прочность и жесткость понижаются, пластмассы становятся более вязкими, повышается ползучесть под нагрузкой, понижается несущая способность, а при понижении температуры повышается прочность, жесткость, но понижается сопротивление ударам;

- при повышении скорости деформирования повышается жесткость пластмасс, так как не успевает развиваться высокоэластическая деформация и повышается склонность к хрупкому разрушению;

– от длительности воздействия нагрузки уменьшается прочность и появляется ползучесть. С увеличением напряжений и температуры ползучесть увеличивается.

Пластмассы с неоднородной структурой неоднородны по механическим свойствам. Хрупкость пластмасс повышается при повышении плотности связи в реактопластах и при повышении степени кристаллизации свыше 85 % у кристаллических полимеров. Для пониже-ния хрупкости применяют пластификаторы, а также волокнистые наполнители. Пористые пластмассы имеют наименьшую прочность и жесткость. По сравнению с другими материалами пластмассы хуже сопротивляются растяжению, чем сжатию. При растяжении допустимые напряжения у термопластов не превышают 10 МПа. У реактопластов они равны или находятся в пределе от 15 до 40 МПа. При повышении температуры допустимые напряжения понижаются.

При переменных нагрузках пластмассы имеют отличную долговечность и большую амортизационную способность, которая во много больше, чем у других материалов.

Механическая прочность – способность материала сопротивляться разрушению от напряжений, возникающих под действием внешних нагрузок. Она характеризуется пределом прочности при сжатии, растяжении, ударной нагрузке и статическом изгибе. Определяется выражением

(6)

где P – разрушающая сила;

F – площадь поперечного сечения образца.

Механическая прочность самых жестких пластмасс (стеклопластиков) в 1,5-2 раза меньше, чем у металлов, но с учетом плотности у некоторых пластмасс условный показатель прочности оказывается выше, чем у лучших марок стали.

Коэффициент прочности – это отношение предела прочности материала к его объемной массе. Например, сталь – 1,6;

сосна – 1,7;

стеклопластик – 1,7 – 4;

древесно-слоистый пластик – 2,5;

пенополистирол – 0,2.

Механическая прочность –

полиэтилена: высокого давления – от 8 до 17 МПа;

низкого давления – от18 до 35 МПа;

полистирола – от 18 до 70 МПа;

аминопласта – от 30 до 50 МПа;

фенопластов – от 12 до 100 МПа;

стеклопластиков – от 60 до 820 МПа.

Ползучесть– это способность материала необратимо деформи-роваться во времени под действием определенных нагрузок (и даже собственной массы изделия). Ползучесть резко повышается даже при незначительном повышении температуры.

Данное свойство выражено гораздо сильнее у термопластов, чем у реактопластов. Ползучесть отрицательно сказывается на эксплуата-ционных свойствах несущих деталей мебели, так как в результате могут развиваться большие деформации, превышающие допустимые нормы, что приводит к исключению дальнейшей эксплуатации данного изделия.

E 2

E₀

1 сутки год t

Е₀ – первоначальная нагрузка

Рисунок 5.1 – Диаграмма ползучести:

Рассмотрим диаграмму ползучести материала по времени. Кривая 1 показывает, что с течением времени начиная с какого-то момента ползу-честь повышалась.

Необходимо отметить, что:

1) деформация зависит от времени и может описываться степенной зависимостью по времени

Е = Е_о·t^к ; (7)

2) процесс ползучести характеризуется коэффициентом ползучести

К = Е·t_max / E_о; (8)

3) деформация ползучести полностью обратима при напряжениях, не превышающих предела прочности:

для ПП и ПЭНД напряжение составляет 10 МПа;

для ПС и ПВХ, соответственно, от 15 до 18 МПа;

4) высокая устойчивость при нагрузках в эксплуатационных условиях имеют реактопласты, а также полиформальдегид, поликарбонат, АБС – пластики.

Ударная вязкость– это показатель, характеризующий сопротив-ление полимеров ударным нагрузкам, выраженным работой, затрачиваемой на разрушение при ударе, отнесенной к единице площади поперечного сечения образца

a = A/F_o , кДж/м². (9)

Сопротивление истиранию (стойкости и износу)– способность материала сопротивляться истирающим нагрузкам, вызывающим разрушение его поверхности путем отрыва мелких частиц.

Характеризуется величиной потери массы, отнесенной к 1м² площади истираемого образца. Сопротивление истиранию оценивается по критерию износостойкости при смазке и без смазки.

Многие пластмассы отличаются низким коэффициентом трения и весьма малым износом. Коэффициент трения полиамида, наполненного графитом, по стали – 0,009 при смазке маслом, без смазки – 0,14. Полиамид (капрон) используется в подшипниках. Фенопласты имеют коэффициент трения 0,015 при смазке маслом и 0,012 при смазке водой, 0,34 – без смазки. Древесно-слоистые пластики (ДСП) – 0,06 при смазке маслом и 0,07 при смазке водой. Асботекстолит – 0,3-0,38 без смазки.

Контрольные вопросы к разделу 1

1 Перечислить признаки классификации полимеров и пластмасс.

2 При каких условиях могут быть получены полимеры

3 Назвать основные виды пластмасс, применяемых в мебельной и деревообрабатывающей промышленности.

4 Перечислить основные и технологические свойств полимеров.

5 Перечислить факторы, влияющие на прочностные свойства полимеров.

6 Дать определение реакции полимеризации и реакции полимеризации.

7 В чем отличие цепной и ступенчатой реакции полимеризации?

8 Каково влияние наполнителей, пластификаторов, отвердителей на физико-механические свойства пластмасс?

9 Перечислить основные и физико-механические свойства полимеров.

10 От чего зависит адгезионная прочность?

11 Какие изделия из полиэтилена, полипропилена и полистирола применяются в мебельной и деревообрабатывающей промышленности?

12 Какие виды ПВХ применяются в производстве мебели?

13 Какие виды изделий изготавливают из полиуретанов?

Библиографический список

1 Азаров, В.И. Технология связующих и полимерных материалов [Текст] / В.И. Азаров, В.Е. Цветков. – М.: Лесн. пром-сть, 1985.– 216 с.

2 Тугов, И.И. Химия и физика полимеров [Текст]: учеб. пособие для вузов / И.И. Тугов, Г.И. Кострыкина. – М.: Химия, 1989. – 432 с.

3 Фломина, Е.Е. Материалы на основе полимеров в производстве мебели [Текст] / Е.Е. Фломина. – М.: Лесн. пром-сть, 1989. – 192 с.

4 Энциклопедия полимеров: в 3 т. Т. 1. М.: Сов. Энциклопедия, 1972.- 1224 с.