Базовые знания о пластиках

Происхождение пластика

Слово "пластик" (в английском языке "Plastics" или "Plastic") происходит от греческого "plastics", что означает "формование" и "развитие».

Название "пластик" отражает характеристики самого материала, что означает «свободный в формовании».

Классификация пластиков

1. Классификация по областям применения

(1) Общие пластики: могут использоваться только как неконструкционные материалы; отличаются большими объемами производства, относительно низкой ценой, средними эксплуатационными характеристиками и большим количеством производителей.

(2) Инженерные пластики: могут использоваться в качестве конструкционных материалов благодаря отличным механическим свойствам, электрическим характеристикам, термостойкости, химической стойкости, стабильности размеров и технологичности.

(3) Делятся на общетехнические инженерные пластики и специальные инженерные пластики. Последние обладают более высокими характеристиками, меньшими объемами производства, ограниченным числом производителей и более высокой ценой.

1. Классификация по физико-химическим свойствам пластиков:

(1) Термопласты: в процессе переработки обычно происходят только физические изменения объема. Это пластики, которые можно многократно нагревать, размягчать и охлаждать для отверждения в определенном температурном диапазоне. (Примеры: поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, полистирол, АБС, САН, нейлон, полиформальдегид, поликарбонат, полифениленовый эфир, полиметакрилат, полиуретан, полиэтилентерефталат)

(2) Реактопласты (термореактивные пластики): в процессе переработки происходят химические изменения. При нагревании они начинают размягчаться и обладают определенной степенью пластичности. Однако при дальнейшем нагревании смола затвердевает и принимает форму. При повторном нагреве они, как правило, не могут быть переформованы и могут использоваться только в измельченном виде в качестве наполнителя.

Термопласты делятся на кристаллические и аморфные пластики

• Применение пластиков: Кристаллические пластики: пленки, детали стиральных машин, шестерни, трубы, защитные шлемы, волоконные изделия, корпуса лыжных ботинок
• Аморфные пластики: корпуса телевизоров, канцелярские товары, трубы, листы, профили, лопасти вентиляторов и мобильные телефоны
• Реактопласты: упаковка, клеи, лотки, бильярдные шары, ванны и т. д.
• Эластомеры: пеноматериалы, ремни, веревки, пленки, шары для боулинга и т. д. (Эластомеры также являются термопластичными пластиками)
• Кристаллические и аморфные материалы разделяются из-за различий в молекулярной структуре.

(1) Кристаллические пластики: PA, PP, PE, POM, PBT, PET, PPO;

(2) Аморфные пластики: PC, ABS, PS, PVC, PMMA.

Кристаллические пластики имеют четкую температуру плавления, а молекулы в твердом состоянии расположены упорядоченно. Упорядоченно расположенная область называется кристаллической, неупорядоченная — аморфной, а процентное содержание кристаллической области называется степенью кристалличности. Как правило, полимеры со степенью кристалличности более 80% называются кристаллическими пластиками.

Факторы, влияющие на кристаллизацию

(1) Структура полимерной цепи: полимеры с хорошей симметрией, отсутствием или малым количеством разветвлений, небольшими боковыми группами и большими межмолекулярными силами легко сближаются и склонны к кристаллизации.

(2) Температура: полимер перемещается от неупорядоченных клубков к поверхности растущего кристалла. При более высокой температуре формы подвижность полимера увеличивается, и кристаллизация ускоряется.

(3) Давление: наличие внешней силы в процессе охлаждения также может способствовать кристаллизации полимера. Поэтому для контроля степени кристалличности в процессе производства можно увеличивать давление впрыска и давление выдержки.

(4) Нуклеаторы (агенты кристаллизации): поскольку низкая температура способствует быстрому зарождению центров кристаллизации, но замедляет рост зерен, для устранения этого противоречия в формовочный материал добавляют нуклеаторы, что позволяет пластику быстро кристаллизоваться при высоких температурах формы.

Влияние кристаллизации на свойства пластика

(1) Механические свойства: кристаллизация делает пластики более хрупкими (снижается ударная вязкость), повышает прочность и жесткость, но снижает пластичность.

(2) Оптические свойства: кристаллизация делает пластик непрозрачным из-за рассеяния света на границе раздела между кристаллической и аморфной областями. Уменьшение размера сферолитов до определенной степени не только повышает прочность пластика (за счет уменьшения межзеренных дефектов), но и улучшает прозрачность (рассеяние не происходит, когда размер сферолитов меньше длины волны света).

(3) Тепловые свойства: кристаллические пластики не переходят в высокоэластичное состояние при повышении температуры. При достижении температуры плавления TM они переходят в вязкотекучее состояние. Таким образом, рабочая температура кристаллических пластиков повышается от Tg (температуры стеклования) до TM (температуры плавления).

(4) Устойчивость к растворителям, проницаемость и другие свойства улучшаются, так как кристаллические компоненты расположены более плотно.

Кристаллические пластики для термопластавтоматов и пресс-форм

(5) Кристаллическим пластикам требуется больше энергии для разрушения кристаллической решетки при плавлении, поэтому при переходе из твердого состояния в расплав необходимо подводить больше тепла. Следовательно, пластицирующая способность термопластавтомата должна быть высокой, а максимальный объем впрыска также должен быть соответствующим образом увеличен.

(6) Диапазон температуры плавления кристаллических пластиков узок. Чтобы предотвратить засорение сопла застывшим кристаллом при снижении температуры, отверстие сопла следует соответствующим образом увеличить и установить нагревательный элемент, способный независимо контролировать температуру сопла.

(7) Поскольку температура формы оказывает важное влияние на степень кристалличности, в пресс-форме должно быть как можно больше каналов охлаждения для обеспечения равномерной температуры формы во время формования.

(8) В процессе кристаллизации происходит значительное изменение объема, что вызывает большую усадку при формовании. Поэтому при проектировании пресс-формы необходимо тщательно учитывать усадку.

(9) Из-за значительной анизотропии и больших внутренних напряжений при проектировании пресс-формы следует уделять внимание расположению и размеру литника, а также расположению и размеру ребер жесткости, иначе легко возникнет коробление, которое будет крайне трудно исправить в процессе формования.

(10) Степень кристалличности связана с толщиной стенки пластиковой детали. Толстые стенки остывают медленно, степень кристалличности выше, усадка больше, и в них легко образуются усадочные раковины и поры. Поэтому при проектировании пресс-формы следует уделять внимание контролю толщины стенок детали.

Процесс формования кристаллических пластиков

(1) Тепло, выделяющееся при охлаждении, велико, поэтому деталь должна быть полностью охлаждена. При формовании с использованием высоких температур формы следует уделять особое внимание контролю времени охлаждения.

(2) Разница в удельном весе между расплавленным и твердым состоянием велика, что приводит к значительной усадке при формовании и склонности к образованию усадочных раковин и пор. Уделите внимание настройке давления выдержки.

(3) При низкой температуре формы охлаждение происходит быстро, степень кристалличности низкая, усадка невелика, а прозрачность высокая. Степень кристалличности зависит от толщины стенки пластиковой детали. Когда толщина стенки детали велика, охлаждение происходит медленно, степень кристалличности высокая, усадка значительна, а физические свойства лучше. Поэтому температуру формы для кристаллических пластиков необходимо контролировать в соответствии с требованиями.

(4) Анизотропия выражена значительно, а внутренние напряжения велики. Неокристаллизованные молекулы склонны к продолжению кристаллизации после извлечения из формы. Они находятся в состоянии энергетического дисбаланса и склонны к деформации и короблению. Следует соответствующим образом повысить температуру материала и установить температуру формы на средний уровень, а также отрегулировать давление и скорость впрыска.

Различия в постобработке

(1) Поверхность кристаллического пластика гладкая, ее невозможно окрасить или хромировать. Декорирование такой поверхности затруднено. Нанесенные краски недолговечны и легко отслаиваются. Например, при распылении, печати или окрашивании упаковочных пакетов обычно используется обработка коронным разрядом высокой мощности для нанесения цвета, однако результат недолговечен, а подходящий адгезив подобрать сложно.

(2) Поверхность аморфного пластика способна поглощать другие молекулы, что позволяет использовать чернила, хромирование, напыление покрытий и т. д. Поэтому корпуса обычных изделий, часовые корпуса, корпуса телевизоров и т. п. изготавливаются из аморфного пластика, который легко декорировать, и покрытие на нем держится прочно.