Полимерные материалы: нагрев и деформация пластмасс

Абсолютно при всех видах переработки полимеров требуется нагрев и воздействие определенного давления. Это относится даже к сварке пластиков. И, исходя из этого, мы делаем следующий вывод:

Главные характеристики, которые влияют на качество сварки и обработки полимеров это их реагирование на процесс нагревания и деформирование.


Полимерные материалы: нагрев и деформация пластмасс


Зависимо от того как реагируют разные пластики на подачу определенных температур их разделяют на следующие группы:

Термопласты — представляет собой пластиковый полимерный материал , который становится пластичным или формуемыми при определенной повышенной температуре и затвердевает при охлаждении. Мономеры, из которых состоят термопластичные полимеры, соединяются посредством электрических связей, называемых силами Ван-дер-Ваальса, которые слабо притягивают нейтральные молекулы друг к другу. Эти повторяющиеся звенья расположены таким образом, что молекулы термопластичного полимера выглядят как множество нитей жемчуга, смешанных вместе.

Поскольку их связи являются слабыми, термопластические полимеры легко размягчаются при нагревании, что позволяет производителям формовать их в широком диапазоне форм, затем повторно размягчать и снова формовать. Эта способность повторно использовать термопластичные полимеры на неопределенный срок означает, что они пригодны для вторичной переработки.

К другим преимуществам этих полимеров относятся превосходная прочность и способность противостоять усадке. С другой стороны, термопластичные полимеры действительно имеют несколько недостатков, включая высокую стоимость производства и тот факт, что они легко плавятся, что делает их непригодными для некоторых высокотемпературных применений.

На самом деле существует множество типов термопластичных полимеров, уникальных по форме и функциям. Производители часто используют полиэтилен высокого давления для герметизации твердых предметов, таких как электрическое оборудование. Полиэтилен низкого давления очень эластичен и идеально подходит для изоляции электрических кабелей. Полиамид чаще всего ассоциируется с производством веревок и ремней. Возможно, наиболее узнаваемым термопластичным полимером является поливинилхлорид или ПВХ, из которого легко формуются трубы, контейнеры и изоляционные материалы. Наконец, некоторые клеи представляют собой термопластичные полимеры, включая акрилаты, цианоакрилаты и эпоксидную смолу.

Хотя термопластичные полимеры бывают самых разных форматов и служат множеству уникальных целей, основные характеристики этих материалов остаются неизменными: высокая универсальность и возможность вторичной переработки. Когда дело доходит до применения химии в реальном мире, вам будет сложно найти лучший пример, чем производство пластмасс, включая термопластичные полимеры.

Термореактивные пластмассы или реактопласты — пластмассы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала.

По сравнению с термопластами термореактивные пластмассы не плавятся при нагревании. Кроме того, они не деформируются и не теряют свою форму при очень низких температурах. Это делает их идеальными для любых деталей или механизмов, которые будут использоваться в экстремальных климатических условиях или в средах с регулярными колебаниями температуры.

Термореактивные материалы обладают низкой вязкостью, и с ними легко работать, поскольку они существуют в жидкой форме при комнатной температуре, а это означает, что нагревание не требуется. Литье под давлением с использованием термореактивных полимеров может быть выполнено с использованием гораздо меньшего количества тепла и давления, чем это необходимо при использовании термопластов. По этой причине термореактивное литье под давлением (которое включает реактивное литье под давлением (RIM) и литье под давлением длинных волокон (LFI)) может осуществляться с гораздо меньшими затратами. Формы для этого процесса экономичны и просты в производстве; они могут быть изготовлены из ряда материалов, включая алюминий, киркситовые сплавы, никель, эпоксидную смолу, силикон и стекловолокно.

Особенности подвижности макромолекул полимеров при нагреве

Нагревание полимеров приводит к изменению их состояния, т. к. повышенная температура провоцирует увеличение среднего значения тепловой энергии макромолекул полимеров. Макромолекулы при этом становятся более подвижными.

Гибкость макромолекул полимеров

Молекулы пластика имеют между собой сильную связь. При нагреве макромолекулы не утрачивают связь полностью и самостоятельно передвигаться не могут. Полностью разорвать соединение макромолекул можно только лишь при воздействии энергии, которая будет сильнее энергии химической связи основной цепи. То есть разорвать полимерные молекулы можно, только если полностью деструктировать их химическую связь. Но, это сделать очень сложно, т.к. подключается такое свойство молекул, как гибкость макромолекул.

Гибкость молекул обеспечивается их длиной, превышающей поперечник в тысячи раз. Молекулы полимера обладают такой гибкостью, которую можно сравнить с гибкостью обычной нитки. Дополнительную гибкость обеспечивает деформирование валентных углов и увеличение расстояния между частицами в процессе нагрева. Вращение макромолекулярных частичек вокруг простых хим. связей без риска разрыва требует небольших энергетических затрат. Такое вращение называется конфирмация.

Перемещение молекул полимера происходит частями благодаря тепловому движению макромолекулярных звеньев и отличной гибкости. Величина частиц молекул определяет уровень их гибкости. Движение частиц зависит от внешних воздействий. При этом частицы могут приходить в движение независимо от соседних сегментов.

От молекулярной массы всего полимера будет зависеть гибкость макромолекулярных цепей. Чем она больше, тем выше уровень гибкости. А вот молекулярные связи наоборот снижают гибкость. Например: у двух молекул пластика с одинаковой массой гибкость будет хуже у той молекулы, где длиннее сегмент.

Разность гибкости молекул у разных аморфных пластиков обуславливает разность в их состоянии:

  • Стеклообразное или застывшее состояние. Характерно для пластиков находящихся в условиях низкой температуры. В таких условиях происходит их застывание и затвердение. При данных условиях молекулы абсолютно обездвижены, т.к. энергии для этого недостаточно. Полимер в таком виде может находиться неопределенное время.

  • Высокоэластичное состояние. Такое состояние для пластика характерно при подъеме температуры. Сегменты постепенно перемещаются и макромолекулы принимают различное положение. Могут либо полностью сворачиваться или выпрямляться. В данном случае молекулы могут значительно увеличиваться в длине. При обратном застывании они возвращаются в исходное состояние.

  • Вязкотекучее состояние. В такой вид полимер приходит в условиях сверхсильного нагрева. Полимер расплавляется и даже при небольшом воздействии начинает течь. В активность приходят не только сегменты, но и в отдельности молекулы.

В процессе постепенного нагрева полимер изменяет свое состояние в пределах определенного термического диапазона. Температурой перехода считается средняя температура интервала. Данные переходы можно хорошо пронаблюдать на термомеханической кривой.

С помощью такой кривой можно заметить три четких участка, соответствующих каждому из состояний полимера. Рассмотреть такой график для аморфных пластмасс, можно ниже.


Полимерные материалы: нагрев и деформация пластмасс. График для аморфных пластмасс


График показывает, что на уровне первого участка деформация практически отсутствует или наблюдается в незначительном коэффициенте. Тхр — это термические значения показателя хрупкости пластика. Тс — температура, при которой происходит стеклование. Здесь полимер может переходить от высокоэластичного состояния к стеклообразному и наоборот. После того, как полимер перешел из стеклообразного состояния в эластичное, наступает переходной период. Повышение термических значений в данном случае провоцирует некоторые деформации, которые сохраняются на протяжение всего температурного интервала эластичного состояния. В случае вязкотекучего состояния деформация происходит очень быстро. Граничные термические значения характерные для высокоэластичного и вязкотекучего состояния называются Тт — температура текучести. Деформация нарастает до тех пор, пока пластик не разложится.

Температурно-механические кривые у разных видов пластика будут иметь отличия. Кривая будет зависеть от уровня полимерной кристаллизации и от молекулярной массы. Например, если полимер обладает малой молекулярной массой, то на кривой области высокоэластичности не будет заметно. У полимеров, которые кристаллизуются частично температура текучего состояния, будет значительно большей, чем температура плавления.

В обработке пластиков большое значение имеет интервал термического воздействия между состоянием текучести и разложения. От этого интервала зависит чувствительность процесса переработки к изменениям настройки параметров.

У компании «ТЭН24» вы можете заказать нагреватели для обработки полимеров. Мы производим электронагреватели стандартной и индивидуальной сборки абсолютно для всех типов оборудования. Самые часто запрашиваемые электронагреватели для полимеров от «ТЭН24»:

«ТЭН24» работает в долгосрочной перспективе и ценит своих клиентов. Мы одни из немногих поставщиков, который предоставляет товар собственного производства, а не является дилером.





Возврат к списку


.

Задать вопрос

Логотип ТЭН 24
Для того, чтобы купить нагреватели или задать вопрос специалисту заполните форму или просто позвоните по телефонам