По легкости, долговечности, некоторым другим характеристикам, современные пластики превосходят многие металлы. Ценные свойства пластмасс применяют в медицине, энергетике, добыче ресурсов и прочих сегментах промышленности. Благодаря популярности использования в важных сферах, ассортимент полимеров неуклонно растет. Ознакомимся с наиболее популярными типами пластмассовых материалов.
Какие у полимеров общие качества и преимущества?
В промышленности применяют инженерные пластмассы. В сравнении с «обычными» пластиками, они имеют лучшие термические и механические показатели: повышенную морозостойкость, предел плюсовых температур, устойчивость к химическим реагентам, коэффициент трения. Их можно использовать в высокопроизводительном оборудовании, сложных узлах. Ключевые общие параметры и достоинства полимеров конструкционной группы:
Низкая плотность, обеспечивающая легкий вес. Среднее значение плотности — 1.00-2.00 г/см3. Для сравнения, ориентировочная плотность стальных сплавов составляет 7.80-8.00 г/см3. Вес сталей, соответственно, в 4-8 раз больше, чем у пластиков.
Отличная механическая прочность. Стойкость к разрывным усилиям у пластмасс, укрепленных в структуре углеродистым волокном или стекловолокном, колеблется в пределах 1500-4000 МПа. Устойчивость к разрыву у алюминия — 1500 МПа, у стали — 1600 МПа.
Повышенные шумопоглощающие и амортизирующие способности. В отличие от металлических элементов, движущиеся полимерные детали не скрипят, не трещат, не издают шумы ударов и прочие звуки.
Термостойкость. При минусовых температурах многие пластики не охрупляются, не теряют пластичность. Температура эксплуатации полимерных узлов может превышать +100-150 °C.
Противокоррозионные качества. Пластиковые изделия можно применять во влажной среде, не проводя антикоррозионную обработку поверхностей.
Конструкционные пластмассы дают высокую стабильность формы деталей, их устойчивость к щелочам, кислотам, иным химикатам. Такие материалы — хорошие изоляторы с отменными самосмазывающимися способностями и стойкостью к износу. Коэффициент их трения — в среднем, в 1.5 раза ниже, чем у износостойких металлов.
Важно: способность к вторичной переработке — преимущество, которое есть не у всех полимеров. Среди наиболее распространенных перерабатываемых материалов — полипропилен, полиэтилен и полиэтилентерефталат. Популярное сырье у предприятий, которое нельзя перерабатывать — полистирол и поливинилхлорид (ПВХ не перерабатывают в России).
Как и какие промышленные сферы применяют пластики?
Конструкционные пластмассы высокотехнологичны — они обрабатываются выдувной формовкой, экструзией, литьем под давлением и прочими методами при относительно малых температурах (до +300-400 °C). Легкость термической и механической обработки — вторая причина, по которой, помимо отличных рабочих свойств, полимеры применяют в большинстве сегментов промышленности.
Промышленные сферы применения пластиков:
- Химическая область
- Части трубопроводов для химически активных сред
- Клапаны, фитинги, футеровка для химоборудования
- Элементы теплообменников
2. Выпуск бытовой техники
- Узлы микроволновок, утюгов, пылесосов
- Корпуса вентиляторов, ТВ, холодильников
3. Электротехника
- Пленочные изоляторы, печатные платы
- Покрытия для кабеля, термостойкие легкие элементы
4. Станкостроение
- Соединения труб, крепежи, ручки, маховики, крышки
- Уплотнители, гайки, шестерни, подшипники
5. Автопроизводство
- Части моторов, радиаторов, плафонов, кузовные детали
- Топливные трубы, элементы приборных панелей, баков
6. Строительство
- Стеновые панели, отделка потолка и фасадов, окна, рамы
7. Сельское хозяйство
- Элементы парников, теплиц, перекрытия
Отказываясь от использования металлов при производстве узлов и механизмов, изготовители медтехники, электроприборов и транспорта, а также перерабатывающие, добывающие и прочие предприятия могут значительно увеличить производительность и сэкономить до 50% электроэнергии.
Какие типы пластмасс наиболее популярные в промышленности?
С учетом назначения, пластики четко делятся на две группы — конструкционные для авиастроения, станкостроения, иных сфер тяжелой промышленности, и универсальные, например, для бытового сегмента и сельскохозяйственных предприятий. Самые распространенные полимеры второй категории (общего назначения):
- Акрилонитрил бутадиен стирол (маркировка ABS);
- Полистирол (PS);
- Полипропилен (РР);
- Полиэтилен (PELD — низкая плотность, HDPE — высокая плотность);
- Поливинилхлорид (PVC).
Универсальные пластмассовые материалы — база для массового выпуска стройматериалов, бытовой техники, упаковки. Такое сырье стоит недорого, но многими достоинствами конструкционных аналогов не обладает.
Какие инженерные полимеры применяют в тяжелой промышленности?
Исключительную механическую прочность и термостойкость, например, полиарилсульфона, можно было бы использовать при изготовлении упаковки и бытовой техники. Однако эта пластмасса, наравне с другими конструкционными пластиками, дорогая, сложная в получении и обработке. Рассмотрим те полимеры, которые имеют уникальные качества, но применяются только в станкостроении, аэрокосмической сфере и иных ответственных областях.
1. PPS
Достоинства полифениленсульфида — стойкость к солям, едким щелочам, концентрированным кислотам, другим сильным химическим средам. Материал имеет выраженные электроизоляционные качества, термостойкость (выдерживает постоянное действие температур в +200 °C). Приоритетные направления:
- Авиационная промышленность — термостойкие функциональные и конструктивные элементы авиатехники, космических аппаратов;
- Автопроизводство — узлы топливной системы, двигателей, иных устройств, соприкасающихся с техническими жидкостями;
- Электроника — реле, переключатели, соединители.
Минусом сырья является хрупкость. Для устранения недостатка, в дорогой состав нужно включать специальные загустители.
2. PI
Главный плюс полиимидов — термостойкость. Материал справляется с краткосрочным нагревом до +500 °C. Постоянные рабочие температуры — +250-300 °C. Химическая стойкость, электроизоляционные показатели и механическая прочность повышенные. Сферы применения:
- Электроника — печатные платы;
- Химическая промышленность — контейнеры, трубы, части оборудования;
- Самолетостроение, станкостроение — уплотнители, термические изоляторы, высокотемпературные детали.
Возможности использования полиимидов снижает цена, оправданная сложным производством. Кроме того, материал плохо поддается механической обработке в холодном состоянии.
3. PEEK
Термопластичный полиэфирэфиркетон отличает стойкость к температурам до +250-300 гр. Цельсия, повышенная износостойкость и биологическая нейтральность (совместимость со структурами человека). Его применяют предприятия:
- Авиатехники — нагревающиеся элементы, работающие под нагрузками;
- Автомобилестроения — нагружаемые части двигателей, другие ответственные детали;
- Медицины — узлы медтехники, искусственные суставы, кости.
По механической прочности, полиэфирэфиркетон сравним с металлами. Однако его удельная масса значительно меньшая.
4. PBI
Полибензимидазол относят к ультратермостойким материалам. Изделия из него не утрачивают стабильную форму при долгом нагревании до +370 гр. Цельсия. Помимо уникальной термической стабильности, полимер отличает повышенная устойчивость к химическому разрушению, износу. Качества PBI используют в сферах:
- Ракетостроение, авиастроение — критически важные детали, например, высокотемпературные узлы топливных систем;
- Химическая промышленность — емкости для хранения наиболее агрессивных сред, трубы, по которым перемещают нагретые химикаты;
- Лабораторные исследования — компонент для формирования комплексов с сильными кислотами.
Цена полибензимидазола связана со сложностью синтеза. Но ее окупают механические, термические качества материала, которые являются выдающимися даже в сравнении с показателями иных конструкционных пластиков.
5. PASF
Стабильность формы полиарилсульфона сохраняется при температурах до +200 гр. Цельсия. Полимер работает в щелочных, кислых, других сложных средах. Сырье применяют в областях:
- Автомобилестроение — периферийные части двигателей, корпусные детали;
- Электротехника — термостойкие изоляторы;
- Аэрокосмическая сфера — элементы, от которых требуется устойчивость к химической коррозии при высоких температурах.
Минус пластмассы, кроме дорогого производства — сложная обработка, для которой нужны специальные технологии, особые инструменты.
Другие «пластики будущего»
Среди иных полимеров, которые используют в электротехнической, медицинской и прочих промышленных областях, нужно выделить полиуретановые эластомеры. Их особенность — свойство растягиваться и возвращать начальный вид. Автомобилестроительные, химические и другие предприятия активно применяют дюропласты. Это термически активное неплавное сырье под действием отвердителя термообработки отвердевает, приобретая исключительную механическую прочность, твердость.