Експертиза пластичних мас - Посібник (Пономаренко Г.О.)

3.1. функціональні властивості

Функціональні властивості пластмас — це їх здатність відповідати своєму призначенню. Їх поділяють на прості й складні. До простих функціональних властивостей відносять:

1. Щільність. Полімери і пластмаси на їх основі є порівняно легкими матеріалами у зв'язку з їх невисокою щільністю.

Щільність полімерів пересічно коливається в інтервалі від 0,85 г/см3 у поліпропіленів до 2,2 г/см3 у фторопластів, тобто вони значно легші за метали, скло, кераміку та інші конструкційні матеріали.

Щільність наповнених пластмас залежить від природи і кількості наповнювача.

У газонаповнених пластмас щільність може складати 0,01—0,02 г/см3, у преспорошків і шаруватих — 2,5 г/см3. Це дозволяє замінювати конструктивні матеріали з металу, скла, кераміки легшими конструктивними матеріалами з пластмас, які не поступаються їм за міцністю.

2. Механічні властивості. Механічні властивості пластмас значною мірою визначають їх функціональну придатність і надійність.

Механічні властивості характеризуються:

- міцністю при розтягуванні, стисненні, вигині;

- величиною ударного руйнування;

- здатністю витримувати багаторазові навантаження (втомна міцність);

- крихкістю, твердістю, жорсткістю;

- стійкістю до тертя та зношування.

Міцність пластмас залежить від їх фазової структури і фізичного стану.

У будь-яких випадках під час створення оптимальної структури підвищується міцність пластмас.

На механічні властивості величезний вплив справляють наповнювачі. Особливо підвищується міцність і жорсткість пластмас у разі їх наповнення армованими волокнистими і шаруватими наповнювачами.

3. Термічні властивості — це здатність пластмас витримувати плюсові та мінусові температури. Ця група властивостей характеризується термічним розширенням показника теплоізоляційної здатності, а також температурними константами — температурою плавлення (Тпл), температурою склування (Тс), температурою текучості (Тт).

Теплостійкість пластмас визначають за методами Мартенса (температура початку деформації консольно закріпленого зразка під дією певного навантаження) і Віка (температура, при якій загострений кінець циліндра вдавлюється в поверхню пластмаси на 1 мм під дією фіксованого вантажу).

Теплостійкість за Віком фіксує початок розм'якшення, за Мартенсом — початок помітної деформації. Ці показники дозволяють судити про верхній температурний інтервал експлуатації виробів із пластмас.

Абсолютні показники значення теплостійкості за Віком вищі за показники теплостійкості за Мартенсом на 30—40\%.

Поліконденсаційні пластмаси мають підвищену теплостійкість. Вони починають розм'якшуватися при t° +110—130°С і вище.

Найбільшу теплостійкість мають кремнійорганічні пластмаси, полікарбонати.

Теплостійкість отверджених (стужавілих) реактопластів коливається в межах від 250 до 350°С.

Введення наповнювачів, особливо вуглецевих, скляних, азбестових, дозволяє виготовляти реактопласти, що працюють також при t° від 300°С до 500°С, а в інертних середовищах — при температурах до 2000°С.

Оцінюючи функціональні можливості деяких полімерів, необхідно враховувати той факт, що при температурі плавлення він починає розм'якшуватися, розкладатися і виділяти шкідливі гази, що робить цю пластмасу небезпечною під час переробки та експлуатації.

Морозостійкість — нижня температурна межа можливого використання виробів із пластмас. Найнижчу морозостійкість мають полівінілхлорид, полістирол, вироби з яких вже при t° = –10°С набувають підвищеної крихкості, малої питомої в'язкості.

Введення пластифікаторів дозволяє помітно підвищити стійкість до низьких температур. Наприклад, вироби з поліетилену витримують дію низьких температур аж до –70°С.

4. Електричні властивості. Вони характеризують електричну провідність і електризованість полімерів.

Полімерні матеріали в разі додавання електричної напруги поводяться як діелектрики або напівпровідники.

Полімери, макромолекули яких не містять зв'язаних атомів, поводяться як діелектрики (ізолятори). Особливо низькі значення електронної та іонної провідності спостерігаються у неполярних полімерів: полістиролу, поліфторетиленів, полікарбонату, полівінілхлориду.

Ці полімери мають дуже високий питомий електричний опір (від 1014 до 1018 Ом/см2), електричну міцність, низьку електропровідність, характерні для високоякісних діелектриків.

Полярні полімери дещо поступаються неполярним за діелектричними властивостями. Вони мають питомий електричний опір 108—1012 Ом/см2.

Полімери, що містять велику кількість зв'язаних зв'язків, проявляють напівпровідникові властивості.

Ланцюги макромолекул у них побудовані із систем подвійних і потрійних зв'язків, що чергуються, і в такий спосіб забезпечують провідність.

Унаслідок високих діелектричних властивостей полімерні матеріали легко електризуються, тобто здатні накопичувати заряди статичної електрики під впливом тертя, вібрації, звукових, коливальних рухів.

Напруженість статичних електричних полів (СЕП) на полімерному матеріалі може досягти 400—500 В на 1 см, тобто бути на два порядки вищою за СЕП природних земних умов.

Постійний контакт людини з полімерами спричиняє тривалий вплив напруги СЕП на організм. Вплив же СЕП на людський організм вивчений ще не достатньо. Однак відомо про позитивний вплив негативних іонів на організм людини, і навпаки, несприятливий вплив надмірного СЕП, особливо позитивних іонів.

Електризація полімерних матеріалів призводить до прискореного забруднення поверхні, збільшення швидкості деструкції виробу, виділення токсичних матеріалів, а також може викликати вибухи і займання горючих рідин і газових сумішей.

Для зниження статичної електризації на поверхню полімерних матеріалів наносять або в їх склад вводять антистатики (електропровідні матеріали).

5. Хімічні властивості. Ці властивості характеризують стійкість полімерів до дії води, кислот, миючих засобів, розчинників та інших хімічних реагентів.

Про стійкість до того чи іншого хімічного реагенту судять по зміні зовнішнього вигляду полімеру (кольору, блиску), розчинності, гігроскопічності, втраті механічних властивостей.

Для більшості полімерів характерна висока хімічна стійкість.

Найбільшу стійкість проявляють фторопласти, етиленопласти, вініпласти, кремнійорганічні та інші смоли, що не містять полярних груп.

Наприклад, політетрафторетилен (з групи фторопластів) стійкий до дії концентрованих мінеральних кислот, зокрема, до "царської горілки" (HNO3 + HCI у співвідношенні 1:3) і не розчиняється у жодному розчиннику, що створює певні труднощі у процесі його переробки.

Хімічні властивості пластмас зумовлені також видом наповнювача: мінеральні наповнювачі підвищують хімічну стійкість; органічні наповнювачі знижують водостійкість, кислото- і лугостійкість.

6. Атмосферостійкість. Під атмосферостійкістю розуміють здатність пластмас витримувати тривалий вплив різних атмосферних чинників — сонячної радіації, тепла, кисню, озону повітря, вологи, низьких температур — без вагомих змін зовнішнього вигляду і експлуатаційних властивостей. Зміни під впливом цих чинників найчастіше призводять до деструкції, тобто старіння пластмас, що викликає необоротні явища — втрату блиску, зміну в забарвленні, розтріскування, відшарування, утворення міхурів і висипів, зниження міцності та зносостійкості.

Визначають атмосферостійкість шляхом селективного або комплексного дослідження впливу вказаних вище чинників за природних умов або у спеціальних приладах штучної погоди, які називаються везеротерами. Оцінюють атмосферостійкість шляхом порівняння зовнішніх та експлуатаційних характеристик до і після випробування.

7. Оптичні властивості. Важливими показниками оптичних властивостей є прозорість, колір і блиск. Склоподібні аморфні пластики (полістирол, поліметилметакрилат, полікарбонат, ефіри целюлози) зазвичай є прозорими і безбарвними. У видимому діапазоні спектру пропускають 80–94\% сонячного світла.

Ненаповнені акрилопласти пропускають до 87\% ультрафіолетових (УФ) променів та γ-випромінювання.

Високоеластичні та кристалічні полімери мають меншу прозорість для видимого спектра, але зберігають високу прозорість для УФ-променів. До таких пластмас відносять поліетилен, поліпропілен.

Кристалізація викликає помутніння і появу молочно-білого відтінку. Внаслідок впливу механічних навантажень у деяких видів органічного скла (наприклад, у поліметилметакрилатів) виникає оптична анізотропія, яка призводить до подвійного променезаломлення, яке супроводжується появою на поверхні різких ефектів, що утруднюють спостереження через вікно. Ця обставина перешкоджає застосуванню органічного скла (поліметилметакрилату) для скління транспорту і будівель.

Натомість полімери і пластмаси на їх основі мають високі декоративні можливості, їх можна забарвлювати в широку гамму кольорів, надавати різну фактуру поверхні, імітувати під інші матеріали, вони мають сильний блиск.