Термопластичные полимеры

Пластики – это искусственно произведенные материалы, изготавливаемые из нефтепродуктов, угля и природного газа.

В зависимости от структуры полимерных молекул и реакции на нагревание пластики разделяют на:

• Термоплачстичные полимеры или термопласты, легко размягчающиеся под воздействием температуры

• Реактопласты, состоящие из макромолекул с плотным сцеплением, остающиеся твердыми даже при нагреве. Характеризуется высокой твердостью, хрупкостью и устойчивостью к растворителям.

• Эластомеры, с широким расположением молекул и повышенной упругостью.

Общие сведения о термопластах

Термопластами называют тип полимеров, которые при нагревании расплавляются до мягкого или жидкого состояния, а при остывании приобретают первоначальные свойства прочности. Молекулы термопластичных полимеров имеет линейную или разветвленную структуру с беспорядочным расположением в большинстве случаев. Физические свойства термопластов имеют зависимость от связей между молекулами, а те в свою очередь очень чувствительны к температуре. Таким образом, физические свойства термопластов напрямую зависят от температуры материала.

Классификация термопластов

Термопластичные полимеры можно разделить на такие группы:

• Аморфные термопласты с неупорядоченной структурой молекул (PS, PVC, PMMA, PC ).

• Термопласты с частичной кристаллизацией, в которых аморфные участки перемежаются с упорядоченными структурами (PE, PP, POM, PA)

Аморфные термопластичные полимеры

Как следует из названия «аморфные», молекулы полимеров данной группы не имеют определенной структуры. Их внутреннее положение в пространстве схоже с комком ваты. Термопласты аморфного типа имеют высокую упругость, прочность, а при температуре 20⁰С еще и хрупкость. Так как структура молекул аморфных термопластов ассиметрична и беспорядочна, они не подвержены кристаллизации, поэтому остаются полностью прозрачными без введения в них дополнительных модификаторов цвета. Полимерные материалы группы аморфных термопластов имеют низкую усадку при литье. Для повышения качеств обрабатываемости обычно применяют различные модификаторы.

Температура стеклования (отсутствие движения макромолекул и сегментов) термопласта в большинстве случаев выше их применения в обычных условиях. При стандартных температурах окружающей среды термопластичные пластики по физическим свойствам не отличаются от твердых материалов с упруго обратимой деформацией. Когда же полимер из термопластов нагревают до величин температурных показателей выше температуры стеклования, термопласт становится мягким и эластичным. Находясь в высокоэластичном состоянии, полимер реагирует на физическую нагрузку энтропийной деформацией.

При дальнейшем нагреве термопласта до температуры текучести, пластик становится текучим и можно легко сместить цепи макромолекул при физическом воздействии на материал. Это обеспечивает необратимую деформацию течения полимера. Также следует помнить, что не все деформации, которые происходят в вязкотекучем состоянии с полимером, являются деформациями течения.

Термопластичные полимеры применяются для изготовления изделий методом экструзии, горячеканального литья под давлением, термоформованием, сваркой и прочими типами механической обработки с применением предварительного нагрева. Нагревательные элементы для всех типов оборудования, которые применяются для обработки термопластов вы можете найти в каталоге нагревателей.

Термопласты с частичной кристаллизацией

Данный тип полимерных материалов имеет в составе как участки с определенной структурой, так и неструктурированные. Структурированные участки макромолекул имеют название кристаллитов и в них плотность молекулярной структуры больше, чем в аморфных частях, так же как и сила физического соединения. К примеру, такой симметричной и длинной молекулярной цепью обладает полиэтилен с высокой плотностью. Чем больше будет кристаллизованных участков в полимере, тем менее прозрачным он будет. Для частично кристаллизованных термопластов температура эксплуатации обычно выше, чем значение стеклования, но переход в расплавленное состояние происходит очень резко без стадии повышенной эластичности. При остывании материал так же быстро застывает, но при этом количество участков с кристаллизацией увеличивается, поэтому он сильно деформируется и усаживается.

Свойства термопластичных полимеров в значительной степени зависит от длины молуекулы, химической структуры сегментов, уровня кристаллизации и взаимодействия молекул.

Изменение свойств термопластов под влиянием нагрева

Для частично кристаллизованных термопластов применяют такие методы обработки, в зависимости от их состояния в температурных зонах:

• Твердое. Резка, фрезеровка.

• Эластичное. Формование, изгиб.

• Термопластичное. Экструзия, литье, прессовка.

 Влияние температуры на термопласты частично кристаллизованной группы

Для термопластичных аморфных полимеров методы обработки в зависимости от состояния:

• Твердо-хрупкое. Не обрабатывается.

• Упруго-твердое. Склеивание, поверхностная обработка.

• Термоэластичное. Формование вытягиванием и растяжкой.

• Термопластичное. Сваривание, экструзия, прессовка.

Влияние температуры на термопласты аморфной группы

Реакция на температуру полипропилена и полиэтилена

Полиэтилен

Полиэтилен – это термопластичный полимер группы с частичной кристаллизацией с простой структурой молекулы. Плотность полиэтилена зависит от уровня кристаллизации.

Полиэтилен характеризуется такими качествами:

• большая прочность

• низкий уровень плотности

• температура использования: -50 °C..+90 °С

• высокая электроизоляция

• стойкость к хим. воздействию

Свойства полиэтилена зависят от плотности и молекулярной массы.

Полипропилен

В молекуле полипропилена метиловая боковая группа молекулы может быть упорядочена в пространстве по-различному. Из-за этого полипропилен может изготавливаться с разными свойствами.

Отличительные свойства полипропилена от полиэтилена:

• Меньше плотность

• Больше прочность

• Выше температура плавления

• Становится хрупким при отрицательных температурах

• Меньшая устойчивость к хим воздействию