Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2015 » Декабрь » 31 » Температурный интервал эксплуатации пластиков
15:19
Температурный интервал эксплуатации пластиков

    Современная промышленность использует широкий перечень различных материалов, среди них: металлы, сплавы, полимеры, древесина, керамические композиции, натуральная кожа и многое другое. Обширный интерес вызывают полимерные композиции на основе жестких пластиков, среди основных преимуществ данных материалов можно отметить следующие: малая масса, устойчивость к коррозии, материал не видим для рентгена и радиолокационных станций, малая теплопроводность, высокое электрическое сопротивление и пр.

     Пластики применяются сегодня во многих высокотехнологичных областях, мы не будем упоминать такие сферы применения, как бытовые приборы, сувениры, канцелярские принадлежности или другие мелочи. Наиболее жесткие требования предъявляются к полимерным композициям в авиастроении, промышленной робототехнике и в производстве стрелкового оружия. Так же, пластикам пророчат большое будущее в сфере производства средств индивидуальной защиты (бронежилеты, каски и пр.).

     Для пластиков характерна высокая твердость и стабильность формы изделия, этим они отличаются от остальных полимеров (термопласты типа полиэтилена, или эластомеры типа резины). Остановимся подробнее на физико-механических свойствах пластиков.

     Для достижения высокой твердости и жесткости полимерной композиции, применяют несколько методов:

 - использование более полярного (жёсткоцепного) полимера,

 - внесение полярного наполнителя (кварцита, оксида алюминия, асбеста, оксида хрома и пр.),

 - внесение армирующего наполнителя, обладающего функциональными группами для дополнительной сшивки полимерной матрицы за счет образования ковалентных связей (сажи, углеродное волокно, фуллерены, углеродные нанотрубки и подобные материалы.),

 - сшивка макромолекул полимерной матрицы за счет использования специальных ОВИС (типичный пример - вулканизация каучуков), или добавки в олигомерную фазу полимера дополнительных полифункциональных компонентов (типичные примеры - фенол-формальдегидные или эпоксидные смолы),

 - повышение средней молекулярной массы полимера, и снижение ширины молекулярно-массового распределения.

      Все приведенные методы применяются в той или иной степени, но, оптимальные результаты можно достичь лишь совместным использованием нескольких подходов. Наиболее современные и перспективные методы связаны с использованием активных наполнителей и сшивкой полимерной матрицы. Снижение ширины молекулярно-массового распределения (ММР) влечет за собой резкое удорожание композиции и осложнение его производства.

     Полярные наполнители, хотя и являются самым дешевым методом, но, дают ограниченную эффективность и резко снижают морозостойкость полимерной композиции.

     Все упомянутые выше меры, необходимы во избежание релаксационного искажения полимерной матрицы, что влечет за собой изменение формы изделия. Если для тепличной пленки, геомембраны, или корпуса шариковой ручки, это допустимое зло, то, для деталей стрелкового оружия или авиации, это совершенно недопустимо. Релаксационное искажение наблюдается для большинства обычных полимеров при температурах выше 35-45*С, то есть, уже на солнце. Если это деталь штурмовой винтовки или крыло сверхзвукового самолета, тогда стандартная температура эксплуатации достигает 150-200*С и выше. Приведенные выше меры, позволяют существенно повысить стойкость полимерной композиции к нагреванию.

      Камнем преткновения всех полимерных композиций является морозостойкость. При низких температурах все полимеры становятся хрупкими. Стоит отметить, что почти все методы борьбы с релаксационным искажением (кроме, пожалуй, снижения ширины ММР и сшивки ММ в трехмерную сетку), одновременно, снижают морозостойкость полимера. Основными, и практически единственными эффективными методами повышения морозостойкости полимерных композиций, являются: использования блоксополимеров и пластификаторов. Первый вариант известен всем по знаменитому "ударопрочному полистиролу" (из него делают корпуса многих бытовых приборов и канцелярские принадлежности), то есть, блоксополимеру полистирола с полибутадиеном. Пластификаторы очень широко используются в современной промышленности полимерных изделий, они входят в состав практически 90% всех полимерных изделий, от автомобильной покрышки до корпуса ноутбука.

     На практике приходится балансировать между релаксационным искажением и морозостойкостью. Почти невозможно получить пластик, который будет себя адекватно вести в температурном диапазоне -50 - +60*С, и при этом будет обладать достаточной механической прочностью и износоустойчивостью. Среди полимеров, свойства которых мало зависят от температуры, можно назвать полиалкилсилаксаны (например, знаменитая силиконовая смазка). Достаточно перспективным направлением развития пластиков с широким температурным диапазоном эксплуатации, является создание наполненных полимерных композиций, в которых матрица это блоксополимер полиалкилсилаксана с более полярным полимером, наполнитель - углеродное волокно и другие активные компоненты. Лучшие результаты можно достичь при одновременном использовании структурных пластификаторов. В отличие от классических пластификаторов, их добавляют мало и они работают за счет смещения однородности связей в полимерной матрице (нарушение плотноупакованной структуры полимера за счет различия в размерах и геометрии молекул пластификатора и сегментов полимерной цепочки матрицы).

    Разработка таких композиций крайне сложна, а производство очень дорого. Например, широко известные сегодня истребители СААБ Грипен (Швеция) и F-35 (США) имеют розничную стоимость порядка 130-260 миллионов долларов за штуку. У Грипена  на полимерные композиции приходится около 35% сухой массы, у F-35 немного меньше. Цена подобных полимеров часто превышает стоимость лучших титановых сплавов.

     В любом случае, сегодня не существует полимерных композиций, прочность которых в температурном диапазоне -50 - +60*С, сопоставима, хотя бы с алюминиевыми сплавами. Тот же бельгийский ПП Р-90  обладает крайне недостаточной прочностью при температурах ниже -25*С и развалится за 1-2 дня при эксплуатации в 45 - 50-градусный мороз. Не зря, среди стран-эксплуататоров этого оружия, нет не одной северной страны. Только Канада закупила пару сотен ПП для своей полиции, да и то, использует их больше символически.

     Позже мы неоднократно подробнее поговорим о методах расширения температурных диапазонов эксплуатации изделий из полимерных композиций.

Категория: Полимерные материалы | Просмотров: 819 | Добавил: Chemadm | Рейтинг: 4.8/5
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]