Полімерні матеріали: нагрів и деформація пластмас

Абсолютно при всіх видах переробки полімерів потрібні нагрів та вплив певного тиску. Це стосується навіть до зварювання пластиків. І, виходячи з цього, ми робимо наступний висновок:

Головні характеристики, які впливають на якість зварювання і обробки полімерів це їх реагування на процес нагрівання і деформування.


Полимерные материалы: нагрев и деформация пластмасс


Залежно від того як реагують різні пластики на подачу певних температур їх поділяють на такі групи:

Термопласти — являє собою пластиковий полімерний матеріал, який стає пластичним або формуємим при певній підвищеній температурі і твердне при охолодженні. Мономери, з яких складаються термопластичні полімери, з'єднуються за допомогою електричних зв'язків, які називаються силами Ван-дер-Ваальса, які слабо притягують нейтральні молекули один до одного. Ці повторювані ланки розташовані таким чином, що молекули термопластичного полімеру виглядають як безліч ниток перлів, змішаних разом.

Оскільки їх зв'язки є слабкими, термопластичні полімери легко розм'якшуються при нагріванні, що дозволяє виробникам формувати їх в широкому діапазоні форм, потім повторно розм'якшувати і знову формувати. Ця здатність повторно використовувати термопластичні полімери на невизначений термін означає, що вони придатні для вторинної переробки.

До інших переваг цих полімерів відносяться чудова міцність і здатність протистояти усадці. З іншого боку, термопластичні полімери дійсно мають декілька недоліків, включаючи високу вартість виробництва і той факт, що вони легко плавляться, що робить їх непридатними для деяких високотемпературних застосувань.

Насправді існує безліч типів термопластичних полімерів, унікальних за формою і функціями. Виробники часто використовують поліетилен високого тиску для герметизації твердих предметів, таких як електричне обладнання. Поліетилен низького тиску дуже еластичний та ідеально підходить для ізоляції електричних кабелів. Поліамід найчастіше асоціюється з виробництвом мотузок і ременів. Можливо, найбільш упізнаваним термопластичних полімером є полівінілхлорид або ПВХ, з якого легко формуються труби, контейнери та ізоляційні матеріали. Нарешті, деякі клеї являють собою термопластичні полімери, включаючи акрилати, цианоакрилат і епоксидну смолу.

Хоча термопластичні полімери бувають самих різних форматів і служать безлічі унікальних цілей, основні характеристики цих матеріалів залишаються незмінними: висока універсальність і можливість вторинної переробки. Коли справа доходить до застосування хімії в реальному світі, вам буде складно знайти кращий приклад, ніж виробництво пластмас, включаючи термопластичні полімери.

Термореактивні пластмаси або реактопласти — пластмаси, переробка яких в вироби супроводжується необоротною хімічною реакцією, що приводить до утворення неплавкого і нерозчинного матеріалу.

У порівнянні з термопластами термореактивні пластмаси не плавляться при нагріванні. Крім того, вони не деформуються і не втрачають свою форму при дуже низьких температурах. Це робить їх ідеальними для будь-яких деталей або механізмів, які будуть використовуватися в екстремальних кліматичних умовах або в середовищах з регулярними коливаннями температури.

Термореактивні матеріали володіють низькою в'язкістю, і з ними легко працювати, оскільки вони існують в рідкій формі при кімнатній температурі, а це означає, що нагрівання не потрібно. Лиття під тиском з використанням термореактивних полімерів може бути виконано з використанням набагато меншої кількості тепла і тиску, ніж це необхідно при використанні термопластів. З цієї причини термореактивного лиття під тиском (яке включає реактивне лиття під тиском (RIM) і лиття під тиском довгих волокон (LFI)) може здійснюватися з набагато меншими витратами. Форми для цього процесу економічні і прості у виробництві; вони можуть бути виготовлені з ряду матеріалів, включаючи алюміній, кірксітовие сплави, нікель, епоксидну смолу, силікон і скловолокно.

Особливості рухливості макромолекул полімерів при нагріванні

Нагрівання полімерів призводить до зміни їх стану, тому, що підвищена температура провокує збільшення середнього значення теплової енергії макромолекул полімерів. Макромолекули при цьому стають більш рухливими.

Гнучкість макромолекул полімерів

Молекули пластику мають між собою сильний зв'язок. При нагріванні макромолекули не втрачають зв'язок повністю і самостійно пересуватися не можуть. Повністю розірвати з'єднання макромолекул можна тільки лише при впливі енергії, яка буде сильніше енергії хімічного зв'язку основному ланцюзі. Тобто розірвати полімерні молекули можна, тільки якщо повністю деструктировать їх хімічний зв'язок. Але, це зробити дуже складно, тому що підключається така властивість молекул, як гнучкість макромолекул.

Гнучкість молекул забезпечується їх довжиною, що перевищує поперечник в тисячі разів. Молекули полімеру мають таку гнучкість, яку можна порівняти з гнучкістю звичайної нитки. Додаткову гнучкість забезпечує деформування валентних кутів і збільшення відстані між частицями в процесі нагрівання. Обертання макромолекулярних частинок навколо простих хім. зв'язків без ризику розриву вимагає невеликих енергетичних витрат. Таке обертання називається конфірмація.

Переміщення молекул полімеру відбувається частинами завдяки тепловому руху макромолекулярних ланок і відмінної гнучкості. Величина часток молекул визначає рівень їх гнучкості. Рух частиць залежить від зовнішніх впливів. При цьому частиці можуть приходити в рух незалежно від сусідніх сегментів.

Від молекулярної маси всього полімеру буде залежати гнучкість макромолекулярних ланцюгів. Чим вона більше, тим вище рівень гнучкості. А ось молекулярні зв'язки навпаки знижують гнучкість. Наприклад: у двох молекул пластика з однаковою масою гнучкість буде гірше у тій молекули, де довший сегмент.

Різниця гнучкості молекул у різних аморфних пластиків обумовлює різницю в їхньому стані:

  • Стеклообразний або застиглий стан. Характерно для пластиків що перебувають в умовах низької температури. В таких умовах відбувається їх застигання і затвердіння. За даних умов молекули абсолютно знерухомлені, тому що енергії для цього недостатньо. Полімер в такому вигляді може перебувати невизначений час.

  • Високоеластичний стан. Такий стан для пластику характерно при підйомі температури. Сегменти поступово переміщуються і макромолекули приймають різне положення. Можуть або повністю згортатися або випрямлятися. В даному випадку молекули можуть значно збільшуватися в довжині. При зворотному застиганні вони повертаються в початковий стан.Вязкотекучее состояние. У такий вид полімер приходить в умовах сверхсильного нагріву. Полімер розплавляється і навіть при невеликому впливі починає текти. У активність приходять не тільки сегменти, але і окремо молекули.

У процесі поступового нагрівання полімер змінює свій стан в межах певного термічного діапазону. Температурою переходу вважається середня температура інтервалу. Дані переходи можна добре поспостерігати на термомеханічної кривої.

За допомогою такої кривої можна помітити три чітких ділянки, що відповідають кожному зі станів полімеру. Розглянути такий графік для аморфних пластмас, можна нижче.


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


Графік показує, що на рівні першої ділянки деформація практично відсутня або ж бачимо в незначній коефіцієнті. Тхр - це термічні значення показника крихкості пластика. Тс - температура, при якій відбувається стеклование. Тут полімер може переходити від високоеластичного стану до стеклообразного і навпаки. Після того, як полімер перейшов зі склоподібного стану в еластичний, настає перехідний період. Підвищення термічних значень в даному випадку провокує деякі деформації, які зберігаються на протязі всього температурного інтервалу еластичного стану. У разі вязкотекучего стану деформація відбувається дуже швидко. Граничні термічні значення характерні для високоеластичного і вязкотекучего стану називаються Тт - температура плинності. Деформація наростає до тих пір, поки пластик не розкладеться.

Температурно-механічні криві у різних видів пластику матимуть відмінності. Крива буде залежати від рівня полімерної кристалізації і від молекулярної маси. Наприклад, якщо полімер має малу молекулярної масу, то на кривій області високоеластичного не буде помітно. У полімерів, які кристалізуються частково температура текучого стану, буде значно більшою, ніж температура плавлення.

В обробці пластиків велике значення має інтервал термічного впливу між станом текучості і розкладання. Від цього інтервалу залежить чутливість процесу переробки до змін налаштування параметрів.

У компанії «ТЕН24» ви можете замовити нагрівачі для обробки полімерів. Ми виробляємо електронагрівачі стандартної і індивідуальної збірки абсолютно для всіх типів обладнання. Найчастіше запитувані електронагрівачі для полімерів від «ТЕН24»:

«ТЕН24» працює в довгостроковій перспективі і цінує своїх клієнтів. Ми одні з небагатьох постачальників, який надає товар власного виробництва, а не є дилером.





Дивитися усі статі



Задати питання

Логотип ТЕН 24
Для того, щоб купити нагрівачі або надіслати електронною поштою питання заповніть форму або просто зателефонуйте за телефонами