Современное состояние и проблемы производства конструкционных пластиков

Из ПОМ изготавливают  подшипники, эксцентрики, зубчатые передачи с низким вращающим моментом, зубчатые колеса, конвейерные ролики и детали с точной обработкой, требующие хороших параметров формоустойчивости и плотности. Изделия из ПОМ могут использоваться в воде при температуре 80° C.

Так как материал не гигроскопичен, он обычно используется для таких  электрических деталей, как изоляторы, а благодаря своим хорошим химическим свойствам он подходит для изготовления из него деталей насосов, фланцев и комплектующих для химического оборудования.

Основное применение ПОМ:

- в автомобилестроении - детали  механизма ремней безопасности, механизм сидений, стеклоподъемники, люки, регулировка отопления, решетки вентиляции, дверные замки, датчик уровня топлива, топливный насос, отделитель воды, корпус распределителя, крышка бензобака, сетки и решетки динамиков, направляющие стеклоподъемника, шестерни,

- в производстве электроприборов  - корпуса, шестерни, соединительные  элементы, подшипники,

- в машиностроении - шнековые приводы,  ролики конвейеров, держатели, буксы,  подшипники скольжения, детали конвейерных  цепей,

- в электронной промышленности - клавишные блоки телефонов, корпуса катушек, выключатели, пружинные элементы, якорные носители, видеокассеты, аутсертные платы,

- в точной механике и часовой  промышленности - детали для измерительных  приборов различного назначения, высокопрецизионные шестеренки, стрелки часов, детали фотоаппаратов и микроскопов.

Полибутилентерефталат (ПБТ) относят  к частично кристалличным термопластичным  полиэфирам на основе полибутилентерефталата.

ПБТ характеризуется высокой твердостью и жесткостью, стабильностью свойств во времени, высокой теплостойкостью, особенно усиленных стекловолокном марок (эксплуатационная температура до + 140°C), неплохими свойствами скольжения и высокой износостойкостью, высокой стабильностью формы и размеров (низкий коэффициент термического расширения, низкое водопоглощение), хорошими электрическими свойствами, химической стойкостью, устойчивостью к образованию трещин, хорошей стойкостью к климатическим изменениям, позволяет покрывать поверхность изделия лаком, негорючестью (V0) и устойчивостью к ультрафиолетовому излучению для ряда армированных марок.

ПБТ применяется для изготовления высококачественных и ответственных  технических деталей: в электротехнике и электронике, в автомобильной  промышленности и в производстве бытовой техники. В точной механике и машиностроении ПБТ используется в качестве материала для шестерен, подшипников и других деталей скольжения. Причем, он идеально комбинируется в этом применении с ПОМ.

Полиэтилентерефталат (ПЭТ) - литьевой термопластичный полиэфир на основе полиэтилентерефталата. Полиэтилентерефталат (ПЭТ) производится поликонденсацией расплава терефталевой кислоты или диметилового эфира терефталевой кислоты с этиленгликолем и характеризуется следующими свойствами - высокой жесткостью и твердостью, очень хорошей устойчивостью к старению, возможностью лакирования поверхности, высокой устойчивостью формы при нагревании (эксплуатационная температура до 150°C), благоприятными свойствами скольжения, отличными электрическими и хорошими диэлектрическими свойствами, высокой устойчивостью по отношению к химикатам и к воздействию атмосферных явлений Для расширения спектра хороших механических свойств практически все марки ПЭТ усиливаются стекловолокном, процентное содержание которого различно в зависимости от конкретной марки.

ПЭТ преимущественно применяется  для тех технических деталей, к которым предъявляются высокие  требования по нагрузкам. Благодаря  хорошим показателям текучести  расплава из этого материала можно  изготавливать комплексные и  тонкостенные детали. Главные области применения: электротехника, электроника, машино- и автомобилестроение.

По сравнению с другими термопластами, усиленными стекловолокном, ПЭТ имеет  лучшие свойства скольжения, что дает более широкие возможности применения этого материала для износостойких элементов в точной механике, например, для изготовления шестерен, подшипников, кулачков, муфт, деталей замков.

Хорошая жесткость и очень хорошая  устойчивость к старению делают его  весьма важным материалом в машиностроении - ролики, цепи, фасонные детали вентилей, корпуса и рабочие колеса насосов.

Полисульфон (PSU) – это неусиленный, аморфный полимер, главными характеристиками которого являются его высокие термические, электрические и механические свойства, которые типичны для кристаллического полимера.

В сравнении с полиэфирсульфоном (PES), данный материал обладает более  низкими термическими свойствами, хотя их уровень еще высок в сравнении  с большинством других конструкционных  пластмасс. Материал обладает стойкостью к воздействию высоких температур, стойкость к гидролизу и пару, высокие значения растягивающего напряжения, прочность на изгиб, коэффициент упругости, стойкость к химическому воздействию, очень хорошие электрические свойства, прозрачность.

К недостаткам материала можно  отнести низкую стойкость к ультрафиолету, поэтому он не может использоваться для наружного применения. Как правило, данный материал используют в электротехнике - печатные платы, катушки, изоляторы. В механике материал применяют там, где требуются высокие эксплуатационные характеристики, как, например, подшипники и высокоточные зубчатые передачи, функционирующие в условиях низких и высоких температур.

Хорошая стойкость к воздействию  минеральных кислот, щелочей и  солевых растворов, однако PSU разрушается  эфирами, хлоридными соединениями и ароматическими углеводородами. В химической промышленности применяют для изготовления комплектующих насосов, фланцев и т.д., которые находятся в контакте с жидкими пищевыми продуктами.

Полиэфирэфиркетон (PEEK) – полукристаллический  полимер, материал с высокими механическими и термическими свойствами (свыше 240 °C). Он устойчив к изменению характеристик под нагрузкой и износу, имеет низкий коэффициент трения, термостойкость без нагрузки выше, но она уменьшается при увеличении нагрузки, хотя и в ограниченном размере.

Основные свойства - устойчивость при температуре до 240°C (температура  деформации материала при тепловом нагреве = 162°C), стабильность размеров, хорошая стойкость к химическому  воздействию, хорошее сопротивление  истиранию и низкий коэффициент трения, электрический изоляционный материал, высокaя мехaническaя прочность, жёсткость и твёрдость, очень хорошее сопротивление ползyчести , высокая устойчивость к высокой радиационной энергии (гамма- и рентгеновские лучи). PEEK может применяться в качестве замены материала фторопласт.

К недостаткам материала можно  отнести то, что весовая нагрузка уменьшается при температуре  выше 140 °C и не устойчивость к воздействию  ультрафиолетовых лучей.

Область применения - сильно нагруженные детали скольжения (втулки, упорные подшипники, направляющие планки и т.д.), детали со стабильными заданными  размерами в технике точных приборов- втулки, скользящие планки, шестерни, ролики, распределительные поршни, кулачки, элементы насосов, а также изолирующие детали для электротехники.

Поливинилиденфторид (PVDF) это полимерный материал с высокой  максимально допустимой рабочей  температурой на воздухе (150°C), с хорошей  механической прочностью, жесткостью и стойкостью к текучести, хорошим качеством скольжения и износостойкостью. Материал обладает собственной низкой воспламеняемостью имеет хорошие электроизоляционные свойства, химическую и гидролизную стойкость, с стойкость к УФ и погодным условиям. Материал применяют при изготовлении корпусных блоков для промышленных рH-метров, работающих в тяжелой химической среде, для изготовления подшипника рычага посудомоечной машины и др.

PVDF является универсальным  конструкционным материалом, особенно  применимым для производства изделий в нефтехимической, химической, металлургической, пищевой, бумажной, текстильной, фармацевтической и атомной отраслях промышленности.

Полифениленсульфид (PPS) является, как правило, армированным, содержащим смазку полукристаллическим  полимером, созданным для того, чтобы заполнить промежуток и в характеристиках, и в стоимости между стандартными термопластичными материалами (например, PA, POM, PET...) и высокотехнологичными усовершенствованными конструкционными полимерами для машиностроения (например, PBI, PI, PAI, PEEK.) и обладает следующими характеристиками - высокой максимально допустимой рабочей температурой на воздухе (220°C длительно с краткосрочными повышениями до 260°C), высокой механической прочностью, жесткостью и твердостью, даже при повышенных температурах , химической и гидролизной стойкостью, хорошими рабочими характеристиками по износу и трению, стабильностью размеров, стойкостью к излучению с высокой энергией (гамма- и рентгеновские лучи) и к УФ, низкой собственной способностью к возгоранию, хорошими электрическими изоляционными и диэлектрическими свойствами. Применяют материал при изготовлении деталей для всех типах промышленного оборудования, таких как печи для сушки и обработки пищевых продуктов, оборудовании для химической обработки и электроизоляционных системах.

В автомобильной промышленности - воздуховсасывающие системы, насосы, вентили, уплотнения, компоненты систем выхлопной и рециркуляционной систем), в электротехнике - штекеры и разъемы, корпуса катушек, детали реле, переключатели, герметизация конденсаторов и транзисторов. В машиностроении и в точной механике - применяется для изготовления функциональных деталей. Материал содержит лишь незначительный процент ионных примесей, вследствие чего имеет преимущества в области электроники по сравнению с другими пластмассами.

Полиамидимид (PAI) используется для изделий, эксплуатируемых при  высоких температурах (250 °C), сохранение механической прочности и жесткости  в широком температурном диапазоне, стойкость к износу и истиранию , стойкость к УФ и к радиации с высокой энергией (гамма- и рентгеновские лучи), низкая способность к возгоранию. Применяют PAI при изготовлении скользящих лопастей во вращающихся компрессорах, для подставок для приваривания на стаканчиках в пищевых упаковочных машинах (запечатывание пластмассовых чашечек с йогуртом алюминиевой фольгой), такие подставки подвержены огромному износу и истиранию при температурах, доходящих до 200°C, для гнезд и панелей печатных плат.

К недостаткам материала  можно отнести сравнительно высокое влагопоглощение, и для деталей, используемых при высокой температуре или изготовленных с плотными допусками, должны быть выдержаны условия по их сушке перед установкой в узел, так как если, набравшие влагу детали сразу будут подвергнуты воздействию температур выше 200°C, то может произойти тепловой удар, приводящий к деформации деталей.

PAI разрушается под  сильным воздействием многих  химических веществ, а пар вызывает  быструю деградацию этого материала,  поэтому, если для изделий требуется  значительная химическая и гидролизная стойкость, то лучше использовать другой полимер, в ряде случаев для оптимизации износостойкости и химической стойкости PAI рекомендуется произвести цикл термостабилизации после обработки деталей.

Полибензоимидазол (PBI) –  материал обладающий чрезвычайно высокой максимально допустимой рабочей температурой на воздухе(310 °C постоянно, с кратковременным повышением до 500 °C), сохранностью механической прочности и жесткости в широком диапазоне температур, большой стойкостью к износу и трению, низким коэффициентом линейного теплового расширения, стойкостью к излучению с высокой энергией (гамма- и рентгеновский диапазон), низкой собственной способностью к возгоранию, высокой чистотой в отношении ионного загрязнения и соответственно хорошими изоляционными и диэлектрическими свойствами, отличается низкой дегазацией (для сухого материала). Такие характеристики делают этот материал предпочтительным для высокотехнологичных отраслей, таких как полупроводниковая и аэрокосмическая промышленности. Однако высокая стоимость материала позволяет использовать его только для критических компонентов в целях снижения затрат на техобслуживание и получение значительного ресурса работы изделия.

Применяют для изготовления высокотемпературных контактных деталей, таких как штыри, вакуумные колпачки и держатели световых колб и электрических соединителей, работающих при температуре воздействия выше 205 °C.

Особое внимание следует  уделить жидкокристаллическим полимерам, характерным признаком которых  является молекулярная структура (Вектра). Такие полимеры состоят из жестких стержнеобразных макромолекул, которые при плавлении образуют нитевидную структуру. Когда жидкокристаллический полимерный расплав подвергается сдвигающему или растягивающему воздействию, что имеет место при всех процессах переработки термопластов, то жесткие макромолекулы упорядочиваются в волокна и фибриллы. При охлаждении они «замерзают». Отсюда вытекает специфическая морфология жидкокристаллических полимеров в твердом состоянии.

Такая жесткая стержнеобразная структура приводит, по сравнению с исходными полимерами, к значительному улучшению механических свойств, преимущественно в направлении ориентации волокон, и к целому ряду других неординарных свойств - эксплуатационная температура до 240 °C, кратковременно до 300° C, очень низкая вязкость расплава, высокая размерная точность (допуски до класса ИТ6), очень малая теплота плавления (возможно короткое время цикла), изготовление при литье под давлением, очень высокая прочность при растяжении и очень высокий модуль упругости в направлении течения, высокая ударная вязкость, очень низкий коэффициент линейного расширения, сравнимый со сталью и керамикой, собственная сопротивляемость возгоранию (V0, частично 5 VA), хорошая стойкость к химикатам и окислению, низкое влагопоглощение.

Прочность при растяжении и жесткость повышаются в направлении  течения настолько, насколько сильнее  ориентирован расплав, поэтому в  тонкостенных деталях значения жесткости  и твердости более высокие  и свойства жидкокристаллического полимера, которые определяются высокой ориентацией макромолекул, показывают ярко выраженную анизотропию. Так, прочность и жесткость в направлении ориентации существенно выше, чем в поперечном направлении, а коэффициент теплового линейного расширения в перпендикулярном направлении к ориентации выше, чем в параллельном к нему. Эта анизотропия смягчается наполнителями и усиливающими веществами и доводится до уровня других армированных волокном полимеров. Жидкокристаллические полимеры сегодня выпускаются под торговой маркой Вектра (Тикона) и выпускаемые марки основаны на различных типах основного полимера, различающихся температурой плавления, теплостойкостью, жесткостью и индексом текучести расплава.

Используемые базовые  полимеры при их модификации наполняющими и усиливающими веществами (стекло — и углеродные волокно, минералы, графит, ПТФЭ и их комбинации) позволяют получать материалы с требованиями конкретных областей применения. В настоящее время жидкокристаллические полимеры используют для изготовления деталей электрики и электроники, в соединительных деталях волоконной оптики, в телекоммуникационных приборах, в аппаратах химического производства, в медицинских приборах, в автомобилестроении и машиностроении, в авиации и космической отрасли.