Полимер материал это: Что такое полимерные материалы, их свойства и применение?
alexxlab | 04.03.2023 | 0 | Разное
Полимерные материалы: обзор, виды и примеры изделий | новости FoliCast
К полимерным материалам технически можно отнести огромное количество соединений. В частности, полимерами считаются, например, белки. Но термин обычно касается вполне конкретной группы материалов – пластиков, эластичных соединений, которые активно используются в промышленности и в быту. Мы занимаемся пластмассами уже очень долго и хотим рассказать вам об особенностях этих материалов – это обзор, написанный простым языком для тех, кто интересуется темой производства или переработки пластика.
Что такое полимер
Полимерные материалы – большая группа веществ, которые физически представляют собой длинные цепочки молекул. Эти молекулы называются мономерами и могут иметь синтетическое либо природное происхождение. В цепочке их очень много – это называется степенью полимеризации, и она должна быть высокой, иначе вещество не будет считаться полимером. Благодаря особому строению и химическим связям, которые определяют соединения между молекулами, у полимеров есть множество особых свойств: они эластичные и гибкие, многие из них практически не бьются и легко выдерживают деформации.
Свойства полимеров
Упомянутых выше особенностей много. И вот основные из них.
Эластичность. С полимерными материалами легко работать благодаря их пластичности. Они относительно легко принимают нужные очертания, и с их помощью можно создавать даже изделия сложной формы.
Способность восстанавливать форму. Некоторые виды пластмасс настолько эластичны, что спокойно вернутся к первоначальным очертаниям после деформации.
Химическая инертность. Полимеры, которые сейчас используются в промышленности, практически не реагируют с окружающими веществами. Поэтому они способны контактировать с большим количеством составов без вреда для себя. Например, полимерные материалы не подвержены коррозии, в отличие от металла, а значит, могут использоваться при создании конструкций, постоянно контактирующих с водой.
Низкая теплопроводность. Пластики не так активно проводят тепло, как, например, металл. Это важно, например, при создании теплоизоляции, которая часто выполняется из полимерных материалов. Однако стоит помнить, что температура плавления у современных полимеров может быть довольно низкой – существенно ниже, чем у металлических компонентов.
Низкая электропроводность. Большинство полимерных материалов не проводят электричество, поэтому могут использоваться при изготовлении изоляции и защитных средств для работы с электроприборами.
Малая хрупкость. Это касается твердых полимеров. Они менее хрупки, чем стекло сравнимой плотности, с меньшей вероятностью разобьются и потому в некоторых вопросах более безопасны.
Оптимальная прочность. Вообще показатель прочности различается у разных видов полимерных материалов, так что подобрать полимер можно под большинство задач. Конечно, полимеры все еще менее прочны, чем, скажем, металл, но у них множество других плюсов: они не подвержены коррозии, легче и удобнее в использовании. В огромном количестве случаев это важнее, чем прочность.
Горючесть. В отличие от большинства перечисленных выше свойств, это – скорее проблема использования пластмасс в быту. Большинство полимерных материалов горючие, более того, при горении они выделяют токсичные вещества. Однако современная промышленность нашла способ обойти эту проблему благодаря созданию огнеупорных пластмасс со специальными добавками в составе. Так что сейчас некоторые полимерные материалы можно применять даже при создании огнезащищенных предметов и конструкций.
Происхождение полимеров
Существуют природные полимерные материалы, к которым можно отнести большое количество натуральных веществ – от хлопка до глины. Но термин обычно используется для описания конкретно синтетических и искусственных полимеров. Это разные понятия – и вот в чем различие.
- Искусственные полимеры получаются из переработанных природных материалов: целлюлозы и других. Исходное вещество само по себе полимерно, но его модифицируют так, чтобы получить состав с новыми свойствами.
- Синтетические полимеры человек синтезирует самостоятельно из низкомолекулярных органических соединений. В процессе множество молекул-мономеров выстраиваются в длинные цепочки и связываются друг с другом – образуют полимер. Это сложный технологичный процесс, но именно синтетические полимерные материалы – самый востребованный в современном мире тип.
Какими бывают полимеры
Полимерные материалы – очень разнообразная группа, среди них достаточно и твердых, и жидких веществ, составов разной степени вязкости и с различающимися химико-физическими свойствами. Мы приведем лишь ряд характеристик, с помощью которых их классифицируют.
По воздействию температуры. Могут быть термореактивными и термопластичными – их также называют реактопластами и термопластами соответственно. Первые – скорее олигомеры, имеют более низкую степень полимеризации. При комнатной температуре они находятся в жидком состоянии, но застывают под воздействием тепла. Конечные изделия оказываются более прочными, термостойкими и неплавкими, но при этом они более хрупкие и не подлежат переработке. Пример – эпоксидные или полиэфирные смолы. Термопластичные же материалы – изначально высокомолекулярные, способны многократно расплавляться под воздействием жара и отверждаться при остывании. Они более эластичны, их можно перерабатывать, несмотря на то что они менее прочны и сильнее подвержены старению под влиянием внешних воздействий.
По полярности. Полярность – это соотношение положительных и отрицательных зарядов, и она определяет, как материал будет взаимодействовать с окружающими составами, в частности водой. Полярные полимеры – гидрофильные, а неполярные – гидрофобные, то есть отталкивают воду. Эти свойства можно применять в промышленности, чтобы получить покрытие либо изделие с нужным эффектом.
По агрегатному состоянию. Это не совсем то же самое, что влияние температуры, хоть показатели и связаны. Твердый полимер может быть аморфным, более эластичным и гибким, или кристаллическим, более твердым, ударопрочным.
По структуре. Свойства конкретного полимера зависят в том числе от того, как в нем расположены молекулы. Существуют линейные полимеры – в них мономеры связаны в единую цепь, поэтому вещество получается более мягким и эластичным. Это обычно эластомеры. Если мономеры расходятся в разные стороны, такие материалы называют разветвленными – они более прочные. К этому типу относится, к примеру, полиэтилен высокого давления. Наконец, мономеры могут образовывать плоские либо пространственные решетки. Это сетчатые полимерные материалы: они практически не деформируются и не растворяются, прочнее остальных. Часто это реактопласты, которые после нагревания образуют прочную монолитную структуру. Сюда же можно отнести разделение на гомополимеры и гетерополимеры, которые также называют сополимерами.
Примеры и применение полимерных материалов
Полиэтилен высокого и низкого давления. Один из наиболее распространенных полимеров: из него производят упаковку, в частности пластиковые пакеты и тару. Также иногда его используют для создания трубопроводов, корпусов для техники и других объектов. Физические свойства материала во многом зависят от способа производства. Так, полиэтилен низкого давления скорее линейный, но с кристаллической фазой, то есть довольно плотный. Материал высокого давления – менее плотный, но более растяжимый.
Полипропилен. Прочный и твердый полимер используется в производстве пластиковых труб, а также в пищевой и строительной промышленности. Из него разрешено производить пластмассовую посуду, так как материал не выделяет вредных веществ при нагревании, также его используют для производства деталей, корпусов для техники, нетканых материалов. Его отличительные черты – более высокая, чем у полиэтилена, стойкость к истиранию и растрескиванию, а также значительная термостойкость.
Поливинилхлорид. ПВХ – полимер, который знаком многим благодаря тому факту, что из него производят пластиковые оконные рамы. Это термопластичный материал, довольно прочный и эластичный, имеющий более высокие показатели огнестойкости, чем ряд других полимеров. Он активно используется в строительстве: из него производят трубы, оконные рамы, натяжные потолки, покрытия для пола и стен и разнообразные защитные пленки, к примеру – для моющихся обоев. Также ПВХ применяют при создании электроизоляции и используют при производстве искусственной кожи. Хлорированный ПВХ имеет высокие показатели огнестойкости, так что его применяют при создании устойчивых к огню конструкций. Для пищевой промышленности материал не подходит.
Полиуретаны. Это целая группа веществ, частично схожих по химическому строению, но имеющих совершенно разные свойства. Некоторые полиуретаны очень твердые и прочные, но чаще эти пластики – вязкие жидкости либо мягкая масса. Спектр применения очень широк и зависит от типа и свойств полиуретана: так, на основе жидких составов создают герметики, которые отверждаются под воздействием воздуха, а твердые варианты могут применяться при создании деталей для техники и во многих других сферах. При некоторых способах создания материала выделяется газ, поэтому широкое распространение получил вспененный полиуретан, или пенополиуретан. Это вещество активно применяется в строительстве, в качестве мягкой набивки, для создания бытовых предметов. В быту оно известно как поролон.
Силиконы. Еще одна группа, к которой относится множество веществ с разными свойствами, – не все из них даже можно назвать полимерами. Это кремнийорганические соединения, которые разделяются на три категории: силиконовые жидкости, эластомеры и смолы. Их характеризуют химическая и биологическая инертность, способность сохранять свойства даже при экстремальных условиях, гидрофобность, возможность как увеличивать, так и уменьшать адгезию в зависимости от состава. Уникальные свойства силиконов позволяют активно применять их в строительстве, быту, а также в медицине и в создании косметики. Текучие материалы используются как смазочные или охлаждающие жидкости, а также применяются в медицинских целях. Эластомеры – основа для создания синтетических резин и каучуков, герметиков и других составов. Из них могут производить разнообразные прокладки и амортизаторы, уплотнители и другие подобные предметы. Твердые же смолы обычно комбинируются с другими материалами и используются для создания долговечных гидрофобных покрытий.
ABS. Это пластик, который активно применяется в 3D-печати и поэтому стал известен, но этим его применение не ограничивается. ABS – твердый и плотный, долговечный, предназначен для производства пластмассовых изделий в промышленных условиях. Он ударопрочный, поэтому из него могут выполнять корпуса для автомобилей, мебель, спортивный инвентарь и другие предметы, которые должны выдерживать значительные нагрузки. Использование в 3D-принтерах возможно благодаря оптимальной температуре отверждения: в бытовых условиях материал не затвердеет и не деформируется, но принтер сможет разогреть его до нужной температуры.
Мы занимаемся производством и внедрением техники по работе с полимерами разных типов, а также поставляем сами материалы: модельные плиты из ABS, силиконовые компаунды, эпоксидные и полиуретановые смолы. Если вас интересует производство пластмасс или изделий из них – можете связаться с нами, и мы обсудим этот вопрос подробнее. Всегда готовы помочь!
Разница между Полимерами и Металлами
Основное различие между Полимерами и Металлами заключается в том, что полимеры являются более легкими материалами по сравнению с металлами.
Если мы возьмем шарик из полимерного материала, такого как пластик, и шарик из металла одинакового размера, мы увидим, что металлический шарик тяжелее пластикового шарика. Следовательно, это свойство полимера очень выгодно, потому что мы можем заменить металл пластиковым материалом, если он обладает желаемыми свойствами, которые почти аналогичны металлу. Кроме того, есть больше различий между полимерами и металлами, которые мы обсудим в следующем тексте.
Содержание
- Обзор и основные отличия
- Что такое Полимеры?
- Что такое Металлы?
- В чем разница между Полимерами и Металлами
- Заключение
Что такое Полимеры?
Полимер представляет собой макромолекулярный материал, имеющий большое количество повторяющихся звеньев, связанных друг с другом ковалентными химическими связями. Эти повторяющиеся звенья представляют собой мономеры, которые были использованы для получения полимера. Мономеры подвергаются процессу, называемому полимеризацией при образованием полимера. Существует два типа полимеров, и это природные и синтетические полимеры. Природные полимеры включают биополимеры, такие как белок и нуклеиновые кислоты, в то время как синтетические полимеры включают полимерные материалы, созданные человеком, такие как пластик, нейлон и другие.
Классификация ПолимеровПоскольку существует много известных полимерных материалов, для удобства классифицируют их по нескольким группам. Эти классификации осуществляются по-разным характеристикам, например в зависимости от структуры, свойств, морфологии и т. д. Например, по структуре можно классифицировать эти материалы как линейные, разветвленные и сетчатые полимеры. Кроме того, по их свойствам можно классифицировать их как термопластичные, термореактивные и эластомерные. По морфологии они классифицируются как аморфные, полукристаллические и кристаллические полимеры.
Более того, у полимеров много полезных свойств из-за большой молекулярной массы. Эти свойства включают в себя ударную вязкость, вязкоупругость, склонность к превращению в стеклообразное состояние, высокое отношение прочности к массе и другие свойства. Кроме того, эти материалы намного дешевле и экономичнее по сравнению с некоторыми другими материалами, такими как металлы.
Что такое Металлы?
Металлы — это материалы, которые имеют блестящий внешний вид, высокую теплопроводность и электрическую проводимость. Обычно они податливы и пластичны. Кроме того, металлы включают чистые элементы или сплавы (сплав представляет собой комбинацию двух или более металлов и некоторых других неметаллов). Кроме того, есть несколько особых типов металлов в периодической системе элементов, такие как щелочные металлы, щелочноземельные металлы, переходные металлы и другие
При рассмотрении свойств эти материалы имеют очень благоприятные свойства для конструкций, а также для других применений, таких как изготовление ювелирных изделий, инструментов, транспортных средств и т.д. Некоторые из этих важных свойств включают блестящий внешний вид, высокую плотность, ковкость, пластичность, высокую прочность, высокую теплопроводность и электропроводность.
Металлы и не металлы периодической системе элементовВ чем разница между Полимерами и Металлами?
Полимер представляет собой макромолекулярный материал, имеющий большое количество повторяющихся звеньев, связанных друг с другом ковалентными химическими связями, в то время как металлы являются либо чистыми элементами, либо сплавами. Поэтому они имеют разные химические и физические свойства. Основное различие между полимерами и металлами заключается в том, что полимеры легче, чем металлы. Тем не менее, металлы имеют блестящий внешний вид и высокую тепловую и электрическую проводимость. Кроме того, отношение прочности к массе полимерных материалов выше, чем у металлов. Еще одно важное различие между полимерами и металлами заключается в том, что металлы очень податливы и пластичны, в то время как большинство полимеров — нет.
Кроме того, полимеры содержат повторяющиеся звенья, связанные ковалентными химическими связями, которые представляют собой мономеры, используемые при получении полимера. Но чистые металлы имеют катионы металлов и электроны, связанные друг с другом через металлические связи и сплавы, которые также содержат два или более металлов и неметаллов. Следовательно, это существенная разница между полимерами и металлами.
Заключение
Полимеры и металлы являются очень важными материалами в различных отраслях промышленности, а также в наших повседневных потребностях. Ключевое различие между полимерами и металлами состоит в том, что полимеры являются более легкими материалами по сравнению с металлами.
Выбор полимерного материала
Описание курса
Отказы, возникающие из-за неправильного выбора материала и марки, являются постоянными проблемами в различных отраслях промышленности.
Существует почти 100 универсальных «семейств» пластмасс и 1000 подтипов пластмасс, доступных у более 500 поставщиков.
Конечные пользователи несут ответственность за выбор правильного полимера для правильной цели.
Я покажу вам, как систематически отбирать полимеры, используя мой метод воронки отбора полимеров.
Мы рассмотрим весь процесс выбора, начиная с определения требований к деталям, сбора данных о материалах, ранжирования различных полимеров и заканчивая выбором поставщика после выбора полимера.
Мы рассмотрим:
- Как предотвратить поломку пластиковых деталей
- Как изложить требования к продукту
- Как определить коэффициенты выбора материала
- Как искать правильные данные о материалах
- Как создать матрицу решений и взвесить различные полимеры
- Как настроить прототип и тестирование деталей
- Как выбрать оптимальный полимерный материал
- Как выбрать оптимального поставщика материалов
За несколько часов вы узнаете все, что вам нужно, чтобы выбрать оптимальный полимерный материал для вашего проекта, сэкономить тысячи долларов за счет предотвращения поломки деталей и получить удовольствие от процесса.
Давайте сделаем это!
Программа курса
1
-
Часть 1. Почему пластиковые детали выходят из строя?
БЕСПЛАТНЫЙ ПРЕДПРОСМОТР
-
Часть 2: 5 критических факторов для пластиковых деталей
БЕСПЛАТНЫЙ ПРЕДПРОСМОТР
-
Часть 3: Свойства, предоставленные поставщиками материалов
-
Модуль 1 — Введение — Слайды курса
-
2
-
Часть 1.
Воронка для отбора полимеров
-
Часть 2. Воронка Шаг 1. Факторы выбора материала
-
Часть 3. Контрольный список «Требования к шагу 1 последовательности»
-
Модуль 2 — Шаг 1 воронки — Слайды курса
-
Воронка, шаг 1 — вспомогательные материалы
-
3
-
Часть 1: Воронка Шаг 2: Выбор термопласта или термореактивной смолы
-
Часть 2: Схема выбора между термопластом и термореактивной смолой.
-
Часть 3: Обзор наиболее часто используемых полимеров
-
Модуль 3 — Шаг 2 воронки — Слайды курса
-
Шаг 2 воронки — вспомогательные материалы
-
4
-
Часть 1: Этап последовательности 3: Обсуждение выбора с рабочим листом
-
Часть 2: Основы анализа матрицы решений
-
Часть 3: Приблизительная стоимость детали
-
Модуль 4 — Шаг 3 воронки — Слайды курса
-
Шаг воронки 3 — Вспомогательные материалы
-
5
-
Часть 1: Этап воронки 4: Тестирование, выбор материала и поставщика смолы
-
Часть 2: Тестирование деталей и компонентов системы
-
Часть 3: Выбор производителя и поставщика смолы
-
Модуль 5.
Слайды курса «Шаг последовательности 4»
-
6
-
Шаг воронки 1: факторы выбора материала
-
Шаг воронки 2: выбор термопласта или термореактивной смолы
-
Шаг 3 воронки: обсуждение выбора с рабочим листом
-
Шаг 4 воронки: тестирование, выбор материала и поставщика
-
Модуль 6 — Пример применения 4-ступенчатой последовательности — Слайды курса
-
7
-
Шаг воронки 1: факторы выбора материала
-
Шаг воронки 2: выбор термопласта или термореактивной смолы
-
Шаг 3 воронки: обсуждение выбора с рабочим листом
-
Шаг 4 воронки: тестирование, выбор материала и поставщика
-
Модуль 7.
Заключительный контрольный список – слайды курса
-
Окончательный контрольный список — вспомогательные материалы
-
Купить сейчас $ 149,00
Инструктор
Хервиг Юстер
Хервиг — опытный специалист в области инженерии полимеров с солидным образованием. Он имеет степень бакалавра наук. и степень магистра. в полимерной инженерии и науке из Леобенского университета, Австрия, а также докторскую степень. в области литья полимеров под давлением из Университета Иоганна Кеплера в Линце, Австрия. С 2015 года он активно работает в индустрии пластмасс, занимая различные должности, такие как разработка прикладных технологий и развитие нового бизнеса в крупных компаниях-поставщиках материалов. Он помогает проектировщикам деталей и специалистам по пластмассам выбирать оптимальный полимерный материал с высокими эксплуатационными характеристиками. Он также читает лекции профессионалам отрасли о высокоэффективных полимерах. Хервиг также ведет блог «Узнай о пластмассах», где регулярно делится своим опытом и ноу-хау, полученными в мире пластмасс.
Часто задаваемые вопросы
- Как я могу получить доступ к бесплатным вводным видео с описанием курсов?
Бесплатные ознакомительные видеоролики встроены в курс как бесплатная функция. Чтобы иметь возможность смотреть бесплатные видео, вы должны быть зарегистрированы на платформе, что является бесплатным и абсолютно безопасным.
Вам просто нужно войти в систему с помощью электронной почты / имени, создать свой пароль. Обязанности что-либо покупать нет. Если вы найдете курс, который вам нравится, вы сможете купить доступ, следуя инструкциям.
- Можем ли мы заказать несколько рабочих мест для компании и оплатить позже по классическому процессу выставления счетов?
Да, можно. Я выставлю счет клиенту позже и буду соблюдать его процессы бухгалтерского учета / оплаты. Тем временем я могу вручную зарегистрировать этих студентов, поскольку они идентифицируют себя на платформе с помощью своего имени, электронной почты и т. д.
- Предлагаете ли вы «регистрацию для всей компании» или «годовую подписку»
Эта учебная платформа предлагает несколько возможностей, а также возможны входы в систему для всей компании, а также годовая подписка.
Нам придется договариваться о цене в зависимости от масштаба, количества сотрудников и т. д.
- Будет ли добавлен НДС к сумме, указанной в качестве цены?
Окончательная общая цена всегда будет той, что указана на кнопке. Если вы зарегистрируетесь как физическое лицо или решите не заполнять код НДС, я возьму на себя расходы по НДС (19%). Но окончательной ценой для вас все равно будет указанная сумма, например, 47 долларов США.
- Будет ли у меня навсегда доступ к урокам и слайдам после регистрации и оплаты?
Слайды доступны для скачивания, поэтому они останутся у вас навсегда. Видеоматериал будет доступен для просмотра в течение нескольких недель (обычно три месяца) без ограничения количества повторов. Если оставить неограниченный доступ, это нанесет вред моему бизнесу в долгосрочной перспективе, позволяя людям делиться курсом.
Однако, если крупные компании захотят договориться о годовой абонентской плате, мы можем это обсудить.
Выбор подходящего полимерного материала
Автор: Vishu Shah, John Wiley & Sons.
Неудачи, возникающие из-за поспешного выбора материала, не редкость в пластмассовой или любой другой промышленности. В приложениях, требующих высокой ударопрочности, должен быть указан ударопрочный материал. Если материал будет использоваться на открытом воздухе в течение длительного периода времени, необходимо указать материал, устойчивый к ультрафиолетовому излучению (УФ). Для правильного выбора материала требуется тщательное планирование, полное понимание пластиковых материалов и разумное тестирование прототипа. Пластмассы являются вязкоупругими материалами. Вязкоупругость определяется как тенденция пластмасс реагировать на напряжение, как если бы они были комбинацией упругих твердых тел и вязких жидкостей. Это свойство, которым в той или иной степени обладают все пластмассы, диктует, что, хотя пластмассы обладают характеристиками твердого тела, такими как эластичность, прочность и стабильность формы, они также обладают жидкими характеристиками, такими как текучесть в зависимости от времени, температуры, скорости и количества. загрузка. Это также означает, что, в отличие от металлов, керамики и других традиционных материалов, пластмассы не проявляют линейной зависимости между напряжением и деформацией. Дизайнеры, привыкшие работать с металлами и другими материалами, часто ошибаются, выбирая и указывая неверные пластмассовые материалы. Именно эта нелинейная зависимость для пластмасс делает чрезвычайно важным понимание свойств ползучести, релаксации напряжений и усталостных свойств.
Как правило, для большинства проектировщиков процесс выбора материала начинается с изучения спецификаций пластиковых материалов, обычно предоставляемых поставщиками материалов. Неверная интерпретация спецификаций является одной из наиболее распространенных причин выбора и указания неправильного материала для конкретного применения. Во-первых, важно понять цель листа данных. Спецификации полезны только для сравнения значений свойств различных пластиковых материалов, таких как прочность на растяжение нейлона по сравнению с поликарбонатом или ударная вязкость полистирола по сравнению с АБС. Листы данных следует использовать для первоначального отбора различных материалов. Например, если конструктор ищет прочный и жесткий материал, он может начать с выбора материалов, заявленные значения прочности на растяжение которых превышают 7000 фунтов на кв. такие как полистирол общего назначения, полипропилен и полиэтилен. Спецификации никогда не предназначены для использования в инженерном проектировании и окончательном выборе материалов. Во-первых, отчетные данные, как правило, получены в результате краткосрочных испытаний. Краткосрочные тесты, как следует из названия, проводятся без учета времени, а полученные значения являются мгновенными. Испытание на растяжение, испытание на удар по изоду и температуру тепловой деформации являются примерами таких краткосрочных испытаний. Данные, представленные в технических паспортах, также получены из измерений в одной точке. Эти тесты не учитывают влияние времени, температуры, окружающей среды, химических веществ и т. д. Одно число, представляющее одну точку на кривой напряжения-деформации, не может отражать поведение пластика в различных условиях.
Стандартные тесты, используемые для измерения свойств паспорта, содержат данные, измеренные в лаборатории в идеальных условиях (в соответствии со стандартами ASTM или ISO) на стандартизированных тестовых образцах, которые мало похожи на геометрию реальных деталей. Эти испытания также проводятся при температурах, напряжениях и скоростях деформации, которые редко соответствуют реальным условиям.
Нельзя переоценить правильное использование многоточечных данных для выбора наиболее подходящих пластиковых материалов для применения. Этот момент хорошо проиллюстрирован классическим примером неправильной интерпретации опубликованных данных испытаний, а также истинного значения и полезности значений температуры тепловой деформации (HDT). Испытание на тепловую деформацию — это краткосрочное испытание, проводимое с использованием стандартных испытательных стержней и лабораторных условий. Значения температуры, полученные в результате этого испытания для конкретного пластикового материала, являются просто показателем температуры, при которой испытательный стержень должен деформироваться на 0,010 дюйма при определенной нагрузке. Сообщаемые значения дополнительно искажаются такими факторами, как остаточные напряжения в испытательных стержнях, величина нагрузки и толщина образца. Это заявленное значение имеет ограниченное практическое значение и не должно использоваться для выбора материалов для приложений, требующих постоянного воздействия повышенных температур. Данные о температуре непрерывного использования, такие как температурный индекс UL, являются лучшим показателем того, как пластиковые материалы будут работать в течение длительного периода времени при повышенных температурах.
Если разработчик выберет материал исключительно на основе опубликованных данных о температуре теплового прогиба без понимания истинного смысла испытания, ограничений испытаний и того, как получаются значения, результат может быть катастрофическим.
Как уже говорилось, трудности с выбором материала связаны с ограниченной доступностью многоточечных данных от поставщиков материалов. Спецификации с данными одноточечных измерений легко доступны. Однако, приложив небольшие усилия, проектировщики могут найти многоточечные данные из таких источников, как CAMPUS (2) и IDES (3), а также от всех ведущих поставщиков материалов. Многоточечные данные представлены в виде диаграмм и графиков зависимости модуля сдвига от температуры, изохронных кривых напряжение-деформация и данных о ползучести как минимум при трех различных температурах и четырех уровнях напряжения. При проектировании изделия, способного выдерживать множественные ударные нагрузки, конструктор должен учитывать данные, полученные в результате инструментальных испытаний на удар, которые могут предоставить ценную информацию, такую как переход от пластичности к хрупкости и поведение образца в течение всего ударного воздействия. Значения модуля также часто неправильно интерпретируются. Значения модуля изгиба, полученные при одноточечном измерении, часто принимаются в качестве показателя жесткости материала в течение длительного периода времени.
Испытания на модуль упругости проводятся при очень низкой деформации и обычно представляют собой только линейную часть кривой напряжения-деформации. Заявленные значения не очень хорошо соответствуют фактическим условиям использования, и они, как правило, завышают жесткость фактической детали. Пластиковые детали часто выходят из строя из-за того, что в процессе выбора материала не учитываются значения ползучести. Пластмассы могут ползти или деформироваться под очень небольшой нагрузкой при очень низкой деформации даже при комнатной температуре. Должны быть оценены данные о ползучести или кажущемся модуле упругости пластиковых материалов в течение длительного периода времени при различных температурах.
Выбор материала не должен основываться исключительно на стоимости. Систематический подход к процессу выбора материала необходим для того, чтобы выбрать лучший материал для любого применения. Правильный метод выбора материала включает в себя тщательное определение требований к применению с точки зрения механических, термических, экологических, электрических и химических свойств. Во многих случаях имеет смысл спроектировать деталь с более тонкой стенкой, используя преимущество отношения жесткости к весу, обеспечиваемое более дорогими конструкционными материалами с быстрой цикличностью. Многие компании, в том числе поставщики материалов, разработали программное обеспечение, помогающее в выборе материалов, просто выбирая требования приложения в порядке важности. Процесс выбора материала начинается с тщательного определения требований и сужения выбора путем исключения. Разработчик должен определить прикладные требования, включая механические, термические, экологические и химические. Необходимо учитывать все особые потребности, такие как воздействие УФ-излучения на открытом воздухе, пропускание света, усталость, ползучесть, снятие напряжения и нормативные требования. Технологии обработки и методы сборки играют ключевую роль в выборе подходящего материала, и им следует уделить внимание. Многие пластмассы чувствительны к химическому воздействию, поэтому поведение пластмассы в химической среде является одним из наиболее важных соображений при выборе материала.
Ни одно отдельное свойство не определяет способность материала работать в данной химической среде, и такие факторы, как внешние или формованные напряжения, продолжительность воздействия, температура, химическая концентрация и т. д., должны быть тщательно изучены.
Некоторые из распространенных ошибок в процессе выбора материала основаны на опубликованных данных о свойствах материала, неправильном толковании спецификаций и слепом принятии рекомендаций поставщика материала. Листы данных о свойствах материалов следует использовать только для проверки различных типов и сортов материалов, а не для окончательного выбора или технического проектирования. Как обсуждалось ранее, сообщаемые данные, как правило, получены в результате краткосрочных испытаний и одноточечных измерений в лабораторных условиях с использованием стандартных испытательных стержней. Опубликованные значения обычно выше и плохо коррелируют с реальными условиями использования. Такие данные не учитывают влияние времени, температуры, окружающей среды и химических веществ.
Ключевые аспекты:
- Прочность на растяжение и модуль упругости
- Прочность на изгиб и модуль упругости
- Ударная вязкость
- Прочность на сжатие
- Усталостная выносливость
- Ползучесть
- Стресс-расслабление
Должна быть оценена как краткосрочная, так и долгосрочная дата собственности; Краткосрочные данные для быстрого сравнения и отбора кандидатов и долгосрочные данные для окончательного выбора материала. Данные о ползучести и релаксации напряжения, отражающие деформацию под нагрузкой в течение длительного периода времени, необходимо тщательно изучить в применимом диапазоне температур. Изохронные кривые напряжение-деформация очень полезны для сравнения различных материалов в равные промежутки времени. Должны приниматься во внимание данные многоточечного удара, полученные в результате инструментальных испытаний на удар, которые предоставляют более значимую информацию, такую как энергия при данной деформации или общая энергия при разрыве. Пластиковые детали часто выходят из строя из-за невнимания к внезапной потере ударопрочности в очень холодных условиях. Данные о многоточечном низкотемпературном воздействии, хотя обычно и не указаны в спецификациях, доступны от всех основных поставщиков материалов.
Как обсуждалось ранее в главе, краткосрочные значения, такие как температура теплового искажения, точка размягчения по Вика должны использоваться только для первоначального просеивания. Значимые значения, полученные из температуры непрерывного использования и коэффициента теплового расширения, более полезны для окончательного выбора материала.
Расширение/сжатие Пластмассовые материалы расширяются и сжимаются в семь-десять раз больше, чем обычные материалы, такие как металлы, дерево и керамика. Проектировщики должны хорошо знать об этом, и особое внимание должно быть уделено сборке разнородных материалов. Различия в тепловом расширении могут создавать внутренние напряжения из-за эффекта двухтактного взаимодействия наряду с внутренними напряжениями и вызывать преждевременный выход деталей из строя. Ограничение тенденции трубопроводной системы к расширению/сжатию может привести к значительным реакциям напряжения в трубе и фитингах или между трубопроводом и его несущей конструкцией. Допущение умеренного изменения длины установленной системы трубопроводов в результате изменения температуры, как правило, полезно, независимо от материала трубопровода, поскольку оно имеет тенденцию к уменьшению и перераспределению напряжений, возникающих при тенденции к изменению размеров. быть полностью сдержанным. Таким образом, допущение контролируемого расширения/сжатия в одной части трубопроводной системы является общепринятым средством предотвращения повышения дополнительных напряжений до уровней в других частях системы, которые могут ухудшить рабочие характеристики или привести к повреждению структурной целостности трубопровода. к компоненту трубопровода или к конструкции, поддерживающей трубопровод.
Одним из наиболее важных соображений при выборе правильного материала является его устойчивость к различным химическим веществам. Как обсуждалось ранее, стойкость пластмасс к различным химическим веществам зависит от времени контакта с химическими веществами, температуры, формованного или внешнего напряжения и концентрации химического вещества. Методы проектирования и обработки деталей играют важную роль в способности материала противостоять химическому воздействию. Например, коэффициент концентрации напряжений значительно возрастает для деталей, выполненных с отношением радиуса к толщине стенки менее 0,4. Как правило, кристаллические полимеры более устойчивы к химическим веществам по сравнению с аморфными полимерами (и поэтому, если применение требует, чтобы детали постоянно подвергались воздействию химических веществ, следует серьезно рассмотреть кристаллические материалы).0310 Химическое воздействие на пластмассовые детали может привести к физической деградации, такой как растрескивание под напряжением, размягчение, набухание, обесцвечивание и химическое воздействие с точки зрения реакции химических веществ с полимерами и потери свойств условия окружающей среды.
Экологические соображения включают воздействие УФ, ИК, рентгеновских лучей, высокой влажности, экстремальных погодных условий, загрязнения промышленными химикатами, микроорганизмами, бактериями, грибками и плесенью. Совместное воздействие различных факторов может быть гораздо более серьезным, чем действие любого отдельного фактора, и процесс деградации может ускориться во много раз. Очень важно понимать, что опубликованные результаты испытаний не включают в себя синергетические эффекты различных факторов окружающей среды, которые почти всегда существуют в реальных жизненных ситуациях. Разработчики должны предусмотреть возможность подвергать изготовленные детали воздействию экстремальных условий окружающей среды, очень похожих на те, с которыми приходится сталкиваться при фактическом использовании продукта.
Выбор материала может быть обусловлен нормативными требованиями, выдвинутыми такими агентствами, как Underwriters Laboratories (UL), Национальный санитарный фонд (NSF), Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) в отношении воспламеняемости, номинального давления и токсикологические соображения.