Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Значения приведены для аморфных или частично кристаллических термопластов без наполнителей при температуре около 20 °C. Метод определения плотности пластмасс установлен ГОСТ 15139-69 (пять методов: обмер и взвешивание, гидростатическое взвешивание, пикнометрический, флотационный, метод градиентной колонки). Для конкретной марки и партии материала значение уточняется по технической документации производителя; наполнители (стекловолокно, минеральные, металлические) могут существенно повышать плотность.
Группа конструкционных и высокотемпературных пластиков, применяемых в машиностроении, приборостроении, химическом и нефтегазовом оборудовании. Полиамиды чувствительны к влагопоглощению — после кондиционирования в нормальной атмосфере фактическая плотность может незначительно снижаться. Наполненные марки (PA 6 + GF30, POM + PTFE, PEEK + углеволокно) имеют другие значения, указанные в паспорте материала.
Таблица иллюстрирует ключевое преимущество пластиков перед металлами по массе детали: при замене стальной детали полипропиленовой того же объёма масса уменьшается примерно в девять раз. PTFE — единственный из массовых конструкционных пластиков с плотностью, заметно превышающей плотность алюминия. Значения плотности металлов соответствуют справочнику Бабичева А. П., Бабушкиной Н. А. «Физические величины».
Плотность пластиков — основной справочный параметр для расчёта массы готовой детали, расхода материала на производственный заказ, выбора полимера по соотношению масса — прочность, проектирования транспортной упаковки и оценки нагрузки на опорные конструкции. Удельный вес — устаревший термин, обозначающий вес единицы объёма; в инженерных расчётах в системе СИ используется именно плотность с размерностью кг/м3 или г/см3. Метод определения плотности пластмасс установлен ГОСТ 15139-69. Диапазон плотности конструкционных пластиков укладывается в пределы примерно от 0,9 до 2,2 г/см3.
В трёх справочных таблицах в начале статьи приведены значения плотности для массовых термопластов (PE, PP, PS, ABS, PMMA, PC, PVC, PET), инженерных и высокотемпературных пластиков (PA, POM, PBT, PSU, PEEK, PVDF, PTFE) и сравнение пластиков с традиционными конструкционными материалами — сталью, алюминием, латунью, медью. Ниже даны пояснения к таблицам, формулы для расчёта массы детали, факторы, влияющие на фактическое значение, и типичные ошибки при подборе материала по плотности.
Плотность — физическая величина, равная отношению массы тела к его объёму. Обозначается греческой буквой ρ, в системе СИ измеряется в килограммах на кубический метр (кг/м3); в технической литературе и каталогах изготовителей пластиков чаще используется кратная единица — грамм на кубический сантиметр (г/см3). Соотношение между единицами прямое:
Понятие «удельный вес» в инженерной практике до сих пор встречается, но строго отличается от плотности: удельный вес γ равен произведению плотности на ускорение свободного падения, γ = ρ · g, и измеряется в ньютонах на кубический метр (Н/м3). В большинстве справочных таблиц и каталогов производителей под «удельным весом пластика» практически всегда понимается именно плотность; при использовании внесистемных единиц нужно проверять, какая именно величина приведена.
Методы определения плотности (объёмной массы) пластмасс установлены ГОСТ 15139-69. Стандарт распространяется на пластмассы в виде листов, пластин, трубок, отливок, гранул и порошков и регламентирует пять методов:
Стандарт не распространяется на пористые пластмассы — для них используется отдельный метод определения кажущейся плотности с учётом газонаполненных пор. Кондиционирование образцов перед испытанием проводится по ГОСТ 12423 в контрольной стандартной атмосфере; температуру в момент определения поддерживают с точностью до 0,1 К.
Группа массовых термопластов — наиболее тоннажная категория пластиков, применяемая в упаковке, бытовом и техническом литье, профильных и листовых изделиях, трубах. Полипропилен и полиэтилен — наиболее лёгкие из конструкционных пластиков; их плотность ниже плотности воды, что используется при сепарации полимерных отходов флотацией.
Полиэтилен низкой плотности (PE-LD, LDPE) — разветвлённый аморфно-кристаллический полимер с плотностью 0,91–0,93 г/см3; применяется в упаковочной плёнке, бытовых ёмкостях, кабельной изоляции. Полиэтилен высокой плотности (PE-HD, HDPE) — линейный полимер с более упорядоченной структурой и плотностью 0,94–0,97 г/см3; используется для напорных труб, технических ёмкостей, листового материала. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (PE-UHMW) при плотности около 0,93–0,94 г/см3 обладает экстремальной износостойкостью.
Полипропилен (PP) — самый лёгкий из массовых термопластов, плотность 0,90–0,91 г/см3; применяется в автокомпонентах, упаковке, химически стойких ёмкостях, сетчатых изделиях.
Все полиолефины (PE и PP) имеют плотность ниже плотности воды; изделия из них плавают, что используется при сортировке смешанных полимерных отходов.
Полистирол (PS), акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS), полиметилметакрилат (PMMA) и поликарбонат (PC) объединяет аморфная структура без выраженной кристаллической фазы. Плотность лежит в узком диапазоне 1,02–1,22 г/см3. PMMA (оргстекло) с плотностью около 1,19 г/см3 примерно в 2,5 раза легче силикатного стекла; этот факт обеспечивает преимущество акрилового остекления в авиастроении, на транспорте, в архитектурных конструкциях.
Поливинилхлорид (PVC) и полиэтилентерефталат (PET) имеют относительно высокую плотность — 1,38–1,42 г/см3. Жёсткий ПВХ применяется для оконного профиля, напорных и канализационных труб, листового материала. PET — основной материал для тары пищевых жидкостей, плёнок и волокон.
Инженерные пластики — материалы для нагруженных деталей машин, узлов трения, прецизионных компонентов, химического и медицинского оборудования. По плотности группа охватывает диапазон от 1,13 г/см3 у полиамидов до 2,15–2,20 г/см3 у фторопласта-4.
Полиамид 6 (капрон, PA 6) и полиамид 6.6 (нейлон, PA 66) имеют плотность 1,13–1,14 г/см3; применяются для подшипников скольжения, шестерней, втулок, корпусных деталей. Полиоксиметилен (полиацеталь, POM) при плотности 1,41–1,42 г/см3 используется для прецизионных деталей: шестерни, кулачки, плунжеры топливных насосов, корпуса арматуры.
Полисульфон (PSU) при плотности около 1,24 г/см3 сохраняет работоспособность при температурах до 150–160 °C. Полиэфирэфиркетон (PEEK) с плотностью 1,30–1,32 г/см3 работает при температурах до 250 °C и выше, применяется в аэрокосмической технике, медицинских имплантатах, узлах оборудования химической и нефтегазовой промышленности.
Фторопласт-4 (политетрафторэтилен, PTFE) — самый тяжёлый из массовых конструкционных пластиков с плотностью 2,15–2,20 г/см3. Высокая плотность обусловлена большой атомной массой фтора. PTFE химически инертен ко всем известным средам в диапазоне рабочих температур, обладает наименьшим среди термопластов коэффициентом трения, выдерживает температуры до 260 °C при длительной эксплуатации. Поливинилиденфторид (PVDF) с плотностью около 1,77–1,78 г/см3 сочетает высокую химическую стойкость с лучшими механическими свойствами, чем PTFE.
Основная инженерная задача, для которой используется плотность пластика, — расчёт массы готовой детали по её объёму и расход материала на производственный заказ. Базовая формула:
Для сложной геометрии объём определяется по 3D-модели в системе автоматизированного проектирования; для типовых заготовок (лист, стержень, труба) — по геометрическим формулам.
m = 0,91 · 150 · 300 · 1 = 40 950 г ≈ 41 кг
m = 1,14 · 3,1416 · 25 / 100 = 2,238 кг
m = 1,05 · 124 = 130,2 г
5000 · 130,2 = 651 кг
Замена металла на пластик в детали того же объёма приводит к существенному снижению массы; именно это свойство определило массовое применение пластиков в автомобилестроении, бытовой технике, авиации и судостроении. По плотности типичные конструкционные пластики легче стали в 5,5–9 раз и легче алюминия — в 2–3 раза.
Однако прямое сравнение по массе не учитывает разницу в механических свойствах. Прочность металлов в десятки раз превышает прочность ненаполненных пластиков, поэтому для несущих узлов выигрыш по массе оценивается по удельной прочности — отношению предела прочности к плотности. По этому показателю стекло- и углеродонаполненные конструкционные пластики (PA + GF, PEEK + CF) приближаются к лёгким металлическим сплавам, а в ряде случаев превосходят их.
m = 7,85 · 350 = 2748 г ≈ 2,75 кг
m = 1,42 · 350 = 497 г ≈ 0,50 кг
Табличные значения плотности соответствуют типовому ненаполненному полимеру при стандартных условиях. Фактическая плотность готовой детали может заметно отличаться по следующим причинам:
Плотность ρ — отношение массы к объёму, измеряется в кг/м3 или г/см3. Удельный вес γ — отношение веса к объёму, равен произведению плотности на ускорение свободного падения, γ = ρ · g, измеряется в Н/м3. В технической литературе и каталогах изготовителей пластиков под «удельным весом» практически всегда понимается именно плотность; при использовании внесистемных единиц нужно проверять, какая именно величина приведена.
Полиамид 6 (капрон) имеет плотность 1,13–1,14 г/см3, полиамид 6.6 — около 1,14 г/см3. Полиэтилен низкой плотности (LDPE) — 0,91–0,93 г/см3, полиэтилен высокой плотности (HDPE) — 0,94–0,97 г/см3. Все полиолефины легче воды, изделия из них плавают.
Из массовых конструкционных пластиков наибольшая плотность у фторопласта-4 (PTFE) — 2,15–2,20 г/см3. Наименьшая — у полипропилена (PP): 0,90–0,91 г/см3. Диапазон плотности конструкционных пластиков укладывается примерно от 0,9 до 2,2 г/см3.
По формуле m = ρ · V, где ρ — плотность материала, V — объём детали. Объём определяется по 3D-модели или по геометрическим формулам для типовых заготовок. Например, для листа полиэтилена HDPE размером 1000 × 2000 мм толщиной 5 мм при плотности 0,95 г/см3: m = 0,95 · 100 · 200 · 0,5 = 9500 г = 9,5 кг.
Поликарбонат (PC) имеет плотность 1,20–1,22 г/см3. Полиметилметакрилат (PMMA, оргстекло, акрил) — 1,18–1,19 г/см3. Оба материала примерно в 2,5 раза легче силикатного стекла (около 2,5 г/см3), что определяет их преимущество в светопрозрачных конструкциях с ограничением по массе.
Для одного и того же объёма деталь из полипропилена примерно в девять раз легче стальной, из полиэтилена высокой плотности — в восемь раз, из полиамида 6 — в семь раз, из полиацеталя (POM) — в 5,5 раза, из фторопласта-4 — примерно в 3,6 раза. Это сравнение учитывает только массу; в нагруженных применениях разница в прочности требует увеличения сечения пластиковой детали, что снижает фактический выигрыш по массе.
Методы определения плотности пластмасс установлены ГОСТ 15139-69 «Пластмассы. Методы определения плотности (объёмной массы)». Стандарт распространяется на пластмассы в виде листов, пластин, трубок, отливок, гранул и порошков и устанавливает пять методов: обмер и взвешивание, гидростатическое взвешивание, пикнометрический, флотационный, метод градиентной колонки. Стандарт не распространяется на пористые пластмассы.
Существенно. Стекловолокно с плотностью около 2,55 г/см3 и минеральные наполнители (тальк, мел) с плотностью 2,7–2,8 г/см3 повышают плотность базовой композиции пропорционально массовой доле наполнителя. Например, полиамид 6 с 30 % стекловолокна (PA 6 + GF30) при плотности базового полимера 1,13 г/см3 имеет плотность около 1,36 г/см3. Расчёт массы детали выполняется по плотности готовой композиции из паспорта материала, а не по плотности базового полимера.
Прямое влияние — на массу готовой детали и расход материала на производственный заказ. Косвенное влияние — на удельную прочность (отношение прочности к плотности), которая в нагруженных конструкциях важнее самой плотности. Для лёгких ненагруженных деталей оптимальны полиолефины (PP, PE); для прочных и легких — конструкционные пластики с волокнистыми наполнителями (PA + GF, PEEK + CF); для химически стойких узлов — фторопласты, плотность которых компенсируется их инертностью и низким коэффициентом трения.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.