Статьи

От чего зависит прочность пластмассы 25.01.2018

От чего зависит прочность пластмассы

Показатель прочности пластмассы - это характеристика, отражающая способность материала противостоять различным физическим нагрузкам без разрушения и изменения поведения при нагружении. В строительстве и промышленности используется несколько способов оценки прочности, как и категорий пластиков. При определении материала для выпуска определенного изделия учитывается ряд показателей, отражающих поведение пластика при различных формах нагрузок и физических условиях.

Основные физические характеристики пластмасс

Любое твердое или аморфное тело ведет себя по-разному в зависимости от того, какова его температура, насколько сильны внутренние структурные связи, имеется или отсутствует кристаллическая решетка. С точки зрения конструктора большое значение имеет следующий набор характеристик:

●      прочность на разрыв, сжатие, деформационная прочность (на изгиб и перекручивание);

●      ударная вязкость материала;

●      поведение (снижение прочности относительно нормы) при нагревании или охлаждении;

●      твердость - дополнительная характеристика, отражающая потенциал пластичности полимера.

Если такие характеристики как прочность и твердость в большинстве случаев понятны пользователю, то реакции материала на удар и нагревание могут оказаться вне внимания. Особо часто это встречается при применении пластмасс в малом бизнесе - при разработке изделия учитывается соотношение стоимости и прочности, но упускается из виду способность противостоять разрушению при нестандартной нагрузке. Пример такой ошибки - легко ломающиеся бамперы, красивые на вид, “упругие” наощупь, но хрупкие при ударе. Если производитель примет во внимание особенности поведения материала и назначение детали, то в ряде случаев примет решение купить полистирол в ударопрочной модификации, чтобы избежать его  разрушения при динамической ударной нагрузке.

Классификация пластиков по прочности

Стоит примерно, не перегружая описание терминами и формулами, составить представление о некоторых характеристиках пластмасс. Для начала определим несколько важных категорий:

●      конструкционные материалы - пластики, которые могут использоваться для создания несущих, нагруженных частей конструкции, определяющих ее поведение в различных ситуациях, ответственных за сохранение формы и целостности;

●      аморфные материалы - так называемые “вязкие жидкости”, не имеющие кристаллической структуры, но вполне способные сохранять высокую прочность до наступления температуры плавления;

●      шитые материалы - самый известный пример такого пластика это сшитый полиэтилен, в структуре которого сформированы “нити” армирования из специфических молекул.

Пример конструкционного пластика - полипропилен, который может использоваться как несущая основа сложного изделия. Поликарбонат и полисульфон относятся к аморфным веществам. Эти материалы могут обладать высокими показателями прочности при умеренной пластичности, как полиэтилен низкого давления, который активно используется для изготовления надежных покрытий, упаковок и контейнеров.

Как зависит прочность пластмассы от температуры

Характер реакции пластика на разные нагрузки может существенно меняться в зависимости от его структуры, состава и температуры. Принято различать физическую нагрузку на сжатие, растяжение, разрыв, деформацию, на удар. Любой полимер проходит испытания на все виды нагружения, и для него составляется таблица значений. Например, для испытания на ударную вязкость используется две методики - образец с надрезом и без закрепляют в блоке и наносят удар маятниковым грузом.

Основные физические характеристики определяются при температуре в пределах 20 С, но нагрев пластика приводит к изменению его структуры и поведения. Принято различать термопласты общего назначения, конструкционные и термостойкие - у каждой категории свои показатели потери прочности при нагреве. При этом разработчик конструкции учитывает, что предел текучести любого материала как его прочностная характеристика “работает” только в эксплуатационном диапазоне температур и меняется в зависимости от разогрева.

Приведем пример. Полиэтилен высокой прочности (низкого давления) эксплуатируется при температурах 60 - 80 С, размягчается при 130 С, выдерживает отрицательные значения температуры в диапазоне -60 - -150 С в зависимости от модификации. Это термопласт общего назначения.

ПА6 способен сохранять рабочие свойства в диапазоне температур -20 - +105 С, плавится и течет при 170 С, становится податливым на изгиб при 45 - 70 С. Это конструкционный материал.

Термостойкие полимеры в зависимости от модификации могут сохранять свойства при нагреве от 120 до 270 С. Для повышения предела текучести в зависимости от температуры в пластики могут добавляться различные стабилизаторы, например, стекловолокно. Это дает прирост стойкости материала до 30 %.

Из приведенных примеров можно сделать вывод, что при выборе пластика для производства и строительства следует ориентироваться на весь комплекс его характеристик, а не только на общий показатель прочности и температуры размягчения.

Возврат к списку