Таблицы свойств и характеристик конструкционных термопластов
Навигация по таблицам
- Таблица 1: Основные физико-механические свойства конструкционных термопластов
- Таблица 2: Температурные характеристики термопластов
- Таблица 3: Химическая стойкость термопластов к различным средам
Таблица 1: Основные физико-механические свойства конструкционных термопластов
| Материал | Плотность, г/см³ | Прочность при растяжении, МПа | Модуль упругости, МПа | Относительное удлинение, % |
|---|---|---|---|---|
| Полипропилен (PP) | 0,90-0,91 | 30-40 | 1200-1700 | 100-600 |
| Полиэтилен низкого давления (ПЭНД/HDPE) | 0,94-0,97 | 20-38 | 800-1400 | 10-1200 |
| Полиэтилен высокого давления (ПЭВД/LDPE) | 0,91-0,93 | 8-17 | 150-350 | 150-600 |
| Полиамид 6 (PA6) | 1,12-1,15 | 60-85 | 2200-3200 | 50-300 |
| АБС-пластик (ABS) | 1,02-1,08 | 35-50 | 1700-2930 | 10-25 |
| Поликарбонат (PC) | 1,20-1,22 | 60-70 | 2250-2400 | 80-150 |
| Поливинилхлорид (ПВХ/PVC) | 1,35-1,45 | 40-50 | 2400-4100 | 2-80 |
| Полиэтилентерефталат (ПЭТ/PET) | 1,33-1,40 | 50-85 | 2800-3600 | 30-300 |
Таблица 2: Температурные характеристики термопластов
| Материал | Температура стеклования, °C | Температура плавления, °C | Рабочий диапазон температур, °C | Теплостойкость, °C |
|---|---|---|---|---|
| Полипропилен (PP) | -10 | 160-170 | от -20 до +100 | 100-110 |
| Полиэтилен низкого давления (ПЭНД) | -125 | 125-135 | от -70 до +100 | 80-95 |
| Полиэтилен высокого давления (ПЭВД) | -120 | 105-115 | от -70 до +80 | 70-85 |
| Полиамид 6 (PA6) | 50-60 | 215-225 | от -40 до +100 | 140-180 |
| АБС-пластик (ABS) | 105 | нет четкой точки | от -40 до +90 | 85-105 |
| Поликарбонат (PC) | 145-150 | 270-310 | от -40 до +120 | 125-140 |
| Поливинилхлорид (ПВХ) | 70-80 | 150-220 | от -15 до +65 | 60-75 |
| Полиэтилентерефталат (ПЭТ) | 67-81 | 250-265 | от -40 до +80 | 65-115 |
Таблица 3: Химическая стойкость термопластов к различным средам
| Материал | Кислоты | Щелочи | Спирты | Масла и жиры | Органические растворители |
|---|---|---|---|---|---|
| Полипропилен (PP) | Отличная | Отличная | Отличная | Отличная | Хорошая (ограниченная при нагреве) |
| Полиэтилен (ПЭНД/ПЭВД) | Отличная | Отличная | Отличная | Отличная | Хорошая |
| Полиамид 6 (PA6) | Ограниченная | Хорошая | Отличная | Отличная | Хорошая |
| АБС-пластик (ABS) | Хорошая | Хорошая | Отличная | Отличная | Низкая (растворяется) |
| Поликарбонат (PC) | Ограниченная | Низкая | Хорошая | Отличная | Низкая |
| Поливинилхлорид (ПВХ) | Отличная | Отличная | Отличная | Отличная | Ограниченная |
| Полиэтилентерефталат (ПЭТ) | Хорошая | Хорошая | Отличная | Отличная | Хорошая |
Содержание статьи
- 1. Введение в конструкционные термопласты
- 2. Полиолефины: полипропилен и полиэтилен
- 3. Полиамиды: свойства и применение
- 4. АБС-пластик и поликарбонат
- 5. Поливинилхлорид и полиэтилентерефталат
- 6. Сравнительный анализ свойств термопластов
- 7. Области применения конструкционных термопластов
- Часто задаваемые вопросы
1. Введение в конструкционные термопласты
Конструкционные термопласты представляют собой важнейший класс полимерных материалов, которые находят широкое применение в современной промышленности. Эти материалы характеризуются способностью многократно переходить из твердого состояния в вязкотекучее при нагревании и обратно при охлаждении без существенного изменения химической структуры. Данное свойство делает термопласты идеальными для переработки различными методами, включая литье под давлением, экструзию, термоформование и другие технологические процессы.
Термопласты отличаются от реактопластов тем, что не образуют трехмерную сшитую структуру при нагреве. Их макромолекулы имеют линейное или разветвленное строение, что обеспечивает возможность повторной переработки материала. Это свойство особенно важно с точки зрения экологии и экономической эффективности производства, так как отходы и бракованные изделия могут быть использованы повторно.
Конструкционные термопласты можно классифицировать по различным признакам: по молекулярной структуре (аморфные и кристаллические), по степени полярности, по температуре эксплуатации, по механическим свойствам. Среди наиболее распространенных конструкционных термопластов выделяют полиолефины (полипропилен, полиэтилен), полиамиды, АБС-пластики, поликарбонаты, поливинилхлорид и полиэтилентерефталат.
2. Полиолефины: полипропилен и полиэтилен
Полипропилен
Полипропилен является одним из самых распространенных термопластов в мире благодаря оптимальному сочетанию механических свойств и невысокой стоимости. Материал обладает низкой плотностью около 0,91 г/см³, что делает его одним из самых легких пластиков. Прочность при растяжении составляет 30-40 МПа, модуль упругости достигает 1200-1700 МПа.
Одним из важнейших преимуществ полипропилена является его высокая химическая стойкость. Материал устойчив к воздействию кислот, щелочей, растворов солей и большинства органических растворителей при комнатной температуре. Полипропилен не подвергается коррозионному растрескиванию и обладает низким водопоглощением, что делает его идеальным для изделий, контактирующих с жидкостями.
Температура плавления полипропилена составляет 160-170°C, рабочий диапазон температур от -20 до +100°C. Материал начинает размягчаться при 140°C. При низких температурах полипропилен сохраняет ударную вязкость лучше, чем многие другие термопласты, хотя при температурах ниже -20°C возможно охрупчивание.
Полиэтилен
Полиэтилен подразделяется на несколько типов в зависимости от способа производства и плотности. Полиэтилен низкого давления (ПЭНД или HDPE) имеет плотность 0,94-0,97 г/см³ и более высокую прочность по сравнению с полиэтиленом высокого давления. Модуль упругости ПЭНД составляет 800-1400 МПа, что обеспечивает хорошую жесткость конструкций.
Полиэтилен высокого давления (ПЭВД или LDPE) характеризуется меньшей плотностью 0,91-0,93 г/см³ и более низким модулем упругости 150-350 МПа, но обладает повышенной гибкостью и эластичностью. Относительное удлинение при разрыве может достигать 600%, что делает материал пригодным для производства пленок и гибких изделий.
Оба типа полиэтилена обладают превосходной химической стойкостью к большинству кислот, щелочей и солевых растворов. Материалы не подвержены коррозии и имеют очень низкое водопоглощение. Температурный диапазон эксплуатации полиэтилена составляет от -70 до +100°C для ПЭНД и от -70 до +80°C для ПЭВД.
3. Полиамиды: свойства и применение
Полиамиды (наиболее распространенный - полиамид 6 или капрон) представляют собой класс высокопрочных конструкционных термопластов с уникальным сочетанием механических свойств. Плотность полиамида 6 составляет 1,12-1,15 г/см³, что выше, чем у полиолефинов, но материал обладает значительно лучшими прочностными характеристиками. Прочность при растяжении достигает 60-85 МПа, модуль упругости составляет 2200-3200 МПа.
Важнейшим преимуществом полиамидов является их высокая износостойкость и низкий коэффициент трения. Эти свойства делают полиамиды незаменимыми для изготовления подшипников скольжения, зубчатых передач, направляющих и других деталей узлов трения. Материал может работать без смазки или с минимальной смазкой, что упрощает конструкцию механизмов.
Полиамиды обладают хорошей химической стойкостью к маслам, бензину, спиртам, слабым кислотам и щелочам. Однако материал склонен к водопоглощению, что может составлять до 9% при длительном контакте с водой. Это свойство необходимо учитывать при проектировании изделий, так как водопоглощение приводит к изменению размеров и снижению механических характеристик. После высушивания первоначальные свойства восстанавливаются.
Температура плавления полиамида 6 составляет 215-225°C, рабочий диапазон температур от -40 до +100°C. Материал сохраняет высокую ударную вязкость даже при низких температурах. Теплостойкость по Мартенсу достигает 140-180°C, что позволяет использовать полиамиды в условиях повышенных температур.
4. АБС-пластик и поликарбонат
АБС-пластик
АБС-пластик (акрилонитрил-бутадиен-стирол) является сополимером трех мономеров, что обеспечивает уникальное сочетание свойств. Плотность материала составляет 1,02-1,08 г/см³, прочность при растяжении 35-50 МПа, модуль упругости 1700-2930 МПа. Особенностью АБС является отличная ударная прочность, которая сохраняется даже при температурах до -40°C.
Материал характеризуется хорошей химической стойкостью к кислотам, щелочам, маслам и жирам. Однако АБС растворяется в некоторых органических растворителях, таких как ацетон, дихлорэтан и бензол, что необходимо учитывать при выборе материала для конкретного применения. Водопоглощение АБС минимально и составляет всего 0,2-0,4%.
Температурный диапазон эксплуатации АБС составляет от -40 до +90°C, температура размягчения около 90-105°C. Материал имеет аморфную структуру и не имеет четкой температуры плавления. АБС легко перерабатывается методами литья под давлением, экструзии и термоформования, обеспечивая превосходное качество поверхности изделий.
Поликарбонат
Поликарбонат представляет собой один из самых прочных и ударостойких прозрачных термопластов. Плотность материала составляет 1,20-1,22 г/см³, прочность при растяжении достигает 60-70 МПа, модуль упругости 2250-2400 МПа. Ударная прочность поликарбоната в 250 раз выше, чем у стекла той же толщины, что делает его незаменимым для защитных конструкций.
Поликарбонат обладает высокой светопропускаемостью до 89%, сравнимой с силикатным стеклом, при значительно меньшей массе. Материал устойчив к воздействию масел, жиров и многих химических веществ, но подвержен действию щелочей и некоторых органических растворителей. Поликарбонат имеет низкое водопоглощение около 0,15%.
Температура плавления поликарбоната составляет 270-310°C, что является одним из самых высоких значений среди прозрачных термопластов. Рабочий диапазон температур от -40 до +120°C. Материал сохраняет свои механические свойства в широком температурном диапазоне, что особенно важно для наружных применений. Поликарбонат также обладает хорошей огнестойкостью и способностью к самозатуханию.
5. Поливинилхлорид и полиэтилентерефталат
Поливинилхлорид
Поливинилхлорид (ПВХ) является одним из самых распространенных термопластов в строительной индустрии. Плотность материала составляет 1,35-1,45 г/см³, прочность при растяжении 40-50 МПа, модуль упругости 2400-4100 МПа. ПВХ производится в двух основных модификациях: жесткий (винипласт) и пластифицированный (пластикат) с добавлением пластификаторов.
Жесткий ПВХ обладает высокой химической стойкостью к кислотам, щелочам, маслам и спиртам. Материал не поддерживает горение и является самозатухающим, что критически важно для строительных конструкций. ПВХ устойчив к действию атмосферных факторов при наличии соответствующих стабилизаторов. Водопоглощение материала минимально и составляет менее 0,5%.
Температурный диапазон эксплуатации ПВХ составляет от -15 до +65°C, температура размягчения около 70-80°C, температура плавления 150-220°C в зависимости от состава. При температурах выше 150°C ПВХ начинает разлагаться с выделением хлористого водорода, что необходимо учитывать при переработке материала.
Полиэтилентерефталат
Полиэтилентерефталат (ПЭТ) широко известен как материал для производства пластиковых бутылок, но его применение значительно шире. Плотность ПЭТ составляет 1,33-1,40 г/см³, прочность при растяжении 50-85 МПа, модуль упругости 2800-3600 МПа. Материал может существовать в аморфном (прозрачном) и кристаллическом (непрозрачном) состоянии.
ПЭТ обладает превосходными барьерными свойствами по отношению к газам и запахам, что делает его идеальным для пищевой упаковки. Материал устойчив к воздействию кислот, щелочей, спиртов, масел и большинства органических растворителей. Водопоглощение ПЭТ минимально и составляет около 0,3%. Материал сохраняет прочность в широком диапазоне температур от -40 до +80°C.
Температура плавления кристаллического ПЭТ составляет 250-265°C, температура стеклования аморфного материала около 67°C. ПЭТ обладает высокой прозрачностью до 90% и отличными механическими свойствами. Материал ударопрочнее органического стекла в 10 раз, что обеспечивает безопасность использования.
6. Сравнительный анализ свойств термопластов
При выборе конструкционного термопласта для конкретного применения необходимо комплексно оценивать все характеристики материала. Плотность термопластов варьируется от 0,90 г/см³ для полипропилена до 1,45 г/см³ для ПВХ и ПЭТ. Легкие материалы предпочтительны для автомобильной и авиационной промышленности, где критична масса изделия.
По прочностным характеристикам лидируют полиамиды с прочностью при растяжении до 85 МПа и ПЭТ с прочностью до 85 МПа. Однако при оценке удельной прочности (отношение прочности к плотности) полипропилен и полиэтилен оказываются более эффективными материалами. Модуль упругости наиболее высок у ПВХ и полиамидов, что обеспечивает жесткость конструкций.
Температурные характеристики существенно различаются. Поликарбонат и полиамиды могут эксплуатироваться при температурах до +120°C и выше, тогда как ПВХ ограничен температурой +65°C. При низких температурах лучшие показатели у полиэтилена, сохраняющего свойства до -70°C, и поликарбоната, работающего до -40°C.
Химическая стойкость также является критическим параметром. Полиолефины (полипропилен и полиэтилен) обладают наилучшей стойкостью к большинству химических сред. ПВХ и ПЭТ устойчивы к кислотам и щелочам, но могут разрушаться некоторыми органическими растворителями. АБС и поликарбонат имеют ограниченную химическую стойкость к сильным кислотам и щелочам.
- Для высокопрочных конструкций: полиамид, поликарбонат
- Для легких конструкций: полипропилен, ПЭВД
- Для химически агрессивных сред: полипропилен, ПЭНД, ПВХ
- Для высоких температур: поликарбонат, полиамид
- Для прозрачных конструкций: поликарбонат, ПЭТ
- Для низких температур: полиэтилен, поликарбонат
7. Области применения конструкционных термопластов
Автомобильная промышленность является одним из крупнейших потребителей конструкционных термопластов. Полипропилен используется для изготовления бамперов, приборных панелей, внутренней отделки салона. АБС-пластик применяется для производства декоративных элементов, решеток радиатора, корпусов зеркал. Поликарбонат незаменим для изготовления фар, задних фонарей и прозрачных элементов кузова.
В строительной индустрии ПВХ занимает лидирующие позиции благодаря производству оконных профилей, труб для водоснабжения и канализации, сайдинга и других отделочных материалов. Полиэтилен применяется для изготовления труб, гидроизоляционных пленок, теплоизоляции. Поликарбонат используется в светопрозрачных конструкциях, навесах, теплицах и козырьках.
Упаковочная промышленность потребляет огромные объемы ПЭТ для производства бутылок, контейнеров и пленок. Полипропилен применяется для изготовления упаковки пищевых продуктов, термоусадочных пленок, крышек. ПЭВД используется для производства пакетов, защитных пленок и гибкой упаковки.
В электротехнике и электронике термопласты используются для изготовления корпусов приборов, изоляции проводов и кабелей, разъемов и переключателей. АБС и поликарбонат обеспечивают необходимую прочность и эстетический вид корпусов бытовой техники. ПВХ применяется для электроизоляции благодаря высокому удельному сопротивлению.
Машиностроение использует полиамиды для производства подшипников скольжения, зубчатых передач, направляющих и других деталей узлов трения. Полиацеталь и полиамиды заменяют бронзовые втулки и подшипники, обеспечивая работу без смазки и снижая массу механизмов. Поликарбонат применяется для защитных экранов и смотровых окон оборудования.
Медицинская промышленность предъявляет особые требования к материалам. ПЭТ и ПВХ используются для производства одноразовых медицинских изделий: шприцев, систем переливания крови, контейнеров для анализов. Поликарбонат применяется для защитных щитков, линз и корпусов медицинских приборов. Все материалы должны быть биосовместимыми и выдерживать стерилизацию.
