Tehniskā plastmasa, piedevas, izmantošanas prasības

Raksts par standarta, tehnisko un augstu temperatūru plastmasu (Standard, Engineering, High-performance plastics).

Jauni polimēru materiāli ir nozīmīgs tehnoloģiskā progresa virzītājspēks. Plastmasai ir daudz priekšrocību, un daudzos gadījumos tā var efektīvi aizstāt metālu vai keramiku.

Pēc īpašībām ir šāds plastmasu iedalījums:

• termoreaktīvā plastmasa,
• elastomēri,
• termoplasti.

Par termoreaktīvu sauc šķērsšūtu polimēru, kuru nevar apstrādāt pēc ķīmisko saišu izveidošanās.

Elastomēriem arī ir šķērssaites, tomēr tiem piemīt elastība un tie pēc deformēšanas atgriežas sākotnējā formā.

Termoplastiskie polimēri ir pārkausējami, jo tiem nav molekulāro šķērssaišu un saites starp termoplastiskajām ķēdēm nav tik stipras.

Termoplastisko plastmasu iedala divās apakšgrupās:

• amorfa plastmasa,
• kristāliska plastmasa.

Principā visa termoplastiskā plastmasu grupa tiek iedalīta trijās daļās atkarībā no termiskās stabilitātes. Attēlā redzamā piramīda arī netieši norāda uz relatīvo attiecīgās plastmasas ražošanas apjomu: augstas temperatūras plastmasu ražo vismazāk, standarta – visvairāk.

Modifikācijas un piedevas

Termoplastikos materiālus var modificēt ārkārtīgi plašā spektrā, selektīvi integrējot piedevas un pildījumus. Tas ļauj pielāgot materiāla īpašības konkrētai izmantošanas jomai.

Armatūras šķiedras

Stikla šķiedras galvenokārt izmanto stiprības palielināšanai.

• Palielināta stiepes izturība, spiedes stiprība un stingrība.
• Uzlabota šļūdes izturība.
• Palielināta siltumdimensionālā stabilitāte.
• Samazināta termiskā izplešanās un saraušanās.
• Samazināta cietība, līdz ar to palielināta salaušanas stiprība un triecienizturība.

Stikla šķiedrām piemīt abrazīvs efekts, tāpēc ar tām stiprināti materiāli ir mazāk piemēroti slīdošās berzes lietojumiem (augsts otras slīdvirsmas noberzums) un apstrādājot palielināts instrumentu nodiluma līmenis (saīsināts kalpošanas laiks).

Oglekļa šķiedras ir līdzīgas stikla šķiedrām, bet:

• Oglekļa šķiedras nodrošina labāku svara un stiprības attiecību (mazāks blīvums ar salīdzināmu stiprības pieaugumu).
• Oglekļa šķiedras nav tik abrazīvas kā stikla šķiedras, līdz ar to tās ir piemērotas slīdes lietojumiem.
• Oglekļa šķiedru ietekmi uz elektriskajām īpašībām var neņemt vērā (t.sk. nedefinētu elektrisko vadītspēju).
• Oglekļa šķiedras ir dārgākas par stikla šķiedrām.

Papildu armatūras šķiedras:

• aramīda šķiedras,
• minerālšķiedras,

var piedāvāt kā nestandarta iespējas.

Berzi mazinošas piedevas

Spiedē no plastmasas ar PTFE pildījumu noberztais materiāls veido smalku polimēra plēvi ar slīdes īpašībām.

• Parasti izteikta pretpielipšanas uzvedība.
• Efektīva izvairīšanās no pretslīdes efekta.

UHMW-PE demonstrē PTFE līdzīgus efektus mazāk izteiktā formā.

Silikona eļļas ir speciālas eļļas, kas migrē uz virsmu un veido plānu smērvielas plēvi uz virsmas.

Grafīts ir tīrs ogleklis, kas sīki sasmalcinātā veidā parāda izteiktu smērvielas efektu. Vienmērīgi iestrādājot grafītu plastmasā, tiek samazināts berzes koeficients. Grafīta lubrikanta iedarbība ir īpaši izteikta mitrā vidē.

Molibdēna sulfīdu galvenokārt izmanto kā nukleatīvu aģentu, kas pat nelielos daudzumos veido smalku, kristālisku struktūru, līdz ar to šī piedeva pastiprina nodilumizturību un samazina berzi.

Pildvielas

Pildvielas parasti nesniedz nekādas vai dod tikai minimālas tehniskās priekšrocības un kalpo galvenokārt izmaksu vai svara samazināšanai: krīts, talks, keramika, dobas stikla lodītes.

Citas piedevas

Bārija sulfātu pievieno, lai termoplastmasu padarītu necaurspīdīgu rentgenstariem. Tas nodrošina materiālu redzamību medicīniskā rentgena izmantošanas laikā.

Liesmu slāpētājus var pievienot atsevišķām plastmasām, lai samazinātu degtspēju. Šī pašdzēšanas īpašība ir pamatprasība tādās nozarēs kā aviācija un dzelzceļš.

Triecienizturības modifikatorus pievieno ļoti trauslām plastmasām, lai palielinātu to triecienizturību.

Vadītspēju ietekmējošas piedevas. Būtībā termoplastmasa izolē elektrību, bet to var modificēt, lai nodrošinātu elektrovadītspēju vai antistatiskās īpašības, pievienojot antistatiskos līdzekļus, vadītspējīgu oglekli vai oglekļa nanocaurulītes.

Integrējot krāsu pigmentus un krāsvielas inženiertehniskajā plastmasā, ir iespējams radīt pielāgotus krāsu efektus. Krāsu pigmentu izvēli augstas temperatūras plastmasai ierobežo augstās apstrādes temperatūras.

Ir svarīgi atcerēties, ka jebkuras piedevas rada vairākus efektus. Kopā ar pozitīvo ietekmi uz galveno īpašību parādās citas īpašības, kam var būt negatīva ietekme.

Piedeva	Stiprība	Stiepe	Slīde	Izturība	Stabilitāte	Ugunsizturība
Armatūras šķiedras	↑↑	↓	↓↑	↓	↓↑	↑
Berzes samazin.	↓	↓	↑↑	↓	↓	–
Triecienizturības palielin.	↓	↑	↓	↑↑	↓	↓
Ugunsdrošības palielin.	↓	↓	↓	↓	↑	↑↑

Materiālu atlases kritēriji

Konkrēta veida plastmasas izvēli nosaka izmantošanas apstākļi, tāpēc ir jānovērtē, piemēram, plānotais mērķis, piemērošanas jomas un sīkāka informācija par raksturlielumiem un piemērošanas nosacījumiem. Izmantojot šo informāciju, kvalificēti eksperti var salīdzināt prasības ar tehniskajām vērtībām un izdarīt izvēli. Pamatojoties uz noteiktiem kritērijiem, šādā veidā ir iespējams pastāvīgi ierobežot piemērotu materiālu izvēli. Tomēr atlase var būt tikai ieteikums, kas nevar aizstāt praktisko testēšanu.

Plastmasas izvēles pamatjautājumi

Vispirms ir jāaplūko, kāda veida materiāli ir vēlami attiecīgajam lietojumam. Tāpēc ir jāatbild uz vairākiem jautājumiem:

• Vai plastmasa ir tipiska izvēle dotajā gadījumā?
• Kāpēc plastmasa? Svara ekonomija, labākas lietošanas īpašības?
• Kas tika izmantots agrāk?
• Ja tika izmantots cits materiāls, tad kāds ir tā nomaiņas iemesls?
• Kāpēc iepriekšējais materiāls bija slikts?
• Kādas problēmas radās?

1. Izmantošanas joma, industrijas sektors

Ja rodas jautājums par industriju vai nozari, tas bieži vien būtiski ierobežo materiālu izvēli, jo konkrētā nozarē parasti var aplūkot tikai noteiktus materiālus, jo, piemēram, nepieciešama atbilstība noteiktiem standartiem. Piemēri tam ir medicīnas un pārtikas tehnoloģijas nozares. Medicīnas tehnoloģiju nozarē ir pieņemami tikai tādi materiāli, kas ir pieļaujami tiešai saskarei ar ķermeni. Tas nozīmē, ka materiāliem jābūt bioloģiski saderīgiem. Savukārt pārtikas tehnoloģijas jomā ir vajadzīgi apstiprinājumi, kas atbilst FDA un arī Eiropas standartiem (piemēram, 10/2011/EK, 1935/2004/EC). Līdz ar to šajās nozarēs var izmantot tikai tādus materiālus, kas atbilst standartu prasībām.

2. Termiskā slodze

Termiskā slodze ir svarīgs kritērijs, kas ierobežo plastmasas izvēli. Ir jāņem vērā temperatūra, kādā materiāls atrodas izmantošanas laikā. Jāņem vērā arī iekšēja siltuma rašanās, piemēram, no berzes. Ir svarīgi zināt šādus lielumus:

• Ilgtermiņa darba temperatūra.
• Īstermiņa maksimālā darba temperatūra.
• Negatīvā darba temperatūra.
• Stiklošanās temperatūra.
• Termiskā dimensionālā stabilitāte.
• Lineārās termiskās izplešanās koeficients.

3. Mehāniskā slodze

Lai plastmasas piemērotību varētu novērtēt saistībā ar mehānisko slodzi, ir jābūt pieejamai pēc iespējas detalizētākai informācijai par detaļai paredzēto slodzi. Vairumā gadījumu ir ļoti noderīgi iegūt komponentes skici ar informāciju, kas attiecas uz mehānisko slodzi. Īpaši izšķiroši faktori šeit ir:

• Slodzes veids (statiska, dinamiska).
• Radušos spēku lielums.
• Spēka pielikšanas punkts un virziens.
• Termiskā slodze spēka pielikšanas laikā.
• Secība laikā.
• Ātrums, ja piemērojams.
• Pieļaujamā saspiešana un izplešanās.

4. Triboloģiskā slodze

Ja attiecīgais gadījums ir slīdes un berzes pielietojums, tad principā ir nepieciešamas labas slīdēšanas un nodiluma īpašības. Tomēr šie mainīgie ir tieši atkarīgi no citiem lietošanas nosacījumiem. Turklāt slīdes sistēmai kā tādai ir galvenā loma.

• Lietošanas temperatūra.
• Slīdēšanas ātrums.
• Saspiešana.
• Otra slīdes virsma.
• Virsmas īpašības.

Principā ir iespējams tikai nosacīti novērtēt materiāla vispārējo piemērotību attiecībā uz slīdi un berzi, jo visus notiekošās mijiedarbības parametrus var detalizēti novērtēt vienīgi praksē.

5. Ķīmiskā iedarbība

Ja komponents nonāk saskarē ar ķīmiskām vielām, ir jāapsver tā izturība pret attiecīgajām vielām, ņemot vērā lietošanas apstākļus. Noteicošie faktori šeit ir:

• Saskares temperatūra.
• Kontakta laiks.
• Koncentrācija.

Jāņem vērā, ka vielas ir ne vien saistītas ar pielietojumu, bet arī ar apstrādes procesu, piemēram dzesēšanas šķidrumiem, smērvielām utt. Turklāt attiecībā uz vielu maisījumiem jāpatur prātā, ka tie var iedarboties uz plastmasu pilnīgi atšķirīgi nekā atsevišķas vielas.

6. Nepieciešamās atļaujas, fizioloģiskais nekaitīgums

Lietošanas nosacījumi bieži sniedz norādes uz nepieciešamajiem apstiprinājumiem un sertifikātiem. Tā kā attiecīgās atļaujas bieži ir atkarīgas no izmantotajām izejvielām, tad ir nepieciešams laikus precizēt, kādi sertifikāti ir nepieciešami.

• Pārtika (FDA, 10/2011, NSF 51, …)
• Medicīna (ISO 10993, USP klase VI, …)
• Dzeramais ūdens (KTW, NSF 61, …)
• Aviācija (ABS, ABD, …)

7. Elektrodrošības prasības

Ja pastāv elektriskās prasības, tad galvenais jautājums ir par elektrības vadīšanu vai izolēšanu. Elektrību vadoša plastmasa ir nepieciešama vietās, kur ražo elektroniskus komponentus, lai izvairītos no statiskās elektrības.

8. Optiskās prasības

Optiskās prasības iekļauj gan izstrādājuma krāsu (piemēram, izstrādājumam jābūt korporatīvās krāsās), gan caurspīdīgumu ar tonējumu (piemēram, zils stikla tonis pārtikas rūpniecībā detektēšanai pēc krāsas).

9. Ugunsdrošības prasības

Daudzās jomās, piemēram, aviācijas un kosmosa inženierijā, dzelzceļā un tā tālāk tiek izvirzītas stingras ugunsdrošības prasības. Parasti tiek prasīts, lai plastmasa būtu nedegoša. Pastāv dažādi nozarēm specifiski norādījumi, kuru prasībām plastmasas izstrādājumiem ir jāatbilst.

10. UV un laikapstākļu izturība

Ja izstrādājumus ir paredzēts lietot ārā, tad plastmasai ir jābūt izturīgai pret ultravioleto starojumu, lietu, vēju, sniegu, krusu, salu.

11. Ražošanas metodes

Plastmasas izvēle ir arī atkarīga no tā, kā to ir plānots apstrādāt. Ir jāzina, vai materiāls tiks apstrādāts mehāniski, termiski, liets u.t.t.

12. Nestandarta prasības

Papildus uzskaitītajām ir iespējams plašs citu prasību klāsts. Tas viss ir jāpārbauda atsevišķos testos.

PRODUKTI – https://proplastik.lv/tehniska-plastmasa/