Конструкционные пластики или пластмассы — это категория композиций, полученных на основе полимерного связующего с добавлением компонентов, усиливающих определенные свойства. Главным признаком таких материалов является способность выдерживать без разрушения механические и температурные нагрузки, возникающие в процессе эксплуатации изделий, узлов и конструкций.
Пластик в «чистом» виде, полученный методом экструзии, прессования и другими способами, может не иметь свойств, определяющих возможность его применения в качестве конструкционного. Основными критериями для отнесения к одной из категорий в сложной классификации считаются:
-механическая прочность, ударная вязкость, способность сохранять сохранять форму после статических и динамических нагрузок;
-стойкость к температурным воздействиям — это жаростойкость, огнестойкость, признаки горючести пластика;
-фрикционная стойкость — способность длительное время выдерживать расчетные нагрузки на истирание при взаимодействии подвижных элементов;
-комплексная химическая стойкость — сохранение прочности и структуры при взаимодействии с агрессивными и активными средами и веществами;
-электроизоляционные свойства — способность изолировать или ограниченно проводить ток в заданных пределах.
Конструкционным можно назвать пластик, который применяется для создания ответственных, нагруженных динамически и статически деталей для сборки из них узлов и частей сложных конструкций. В строительстве придается значение статической прочности и долговечности, в промышленности уделяется внимание динамическим характеристикам. Показатели жаростойкости и термостойкости важны во всех областях применения.
Основа для конструкционного пластика
Большинство конструкционных пластиков было бы некорректно называть полимерами в чистом виде, поскольку масса всегда содержит наполнители, придающие ей заданные свойства. Основой для материала может служить пластичная масса, полученная методами полимеризации или поликонденсации. В первом случае в одну большую молекулу соединяют одинаковые мономеры, во втором смолистая основа получается при соединении разных мономеров.
Распространенные исходные связующие для полимерной основы конструкционного пластика:
-термопласты — при нагревании они становятся эластичными, приобретают заданные формы, в них можно ввести задающие свойства добавки;
-термореактивные связующие — остаются жидкими или пластичными до воздействия температуры или отвердителя, после чего более не трансформируются и в исходное состояние не возвращаются.
Для получения конструкционного пластика в основу вводятся добавки, сочетание которых и определяет возможности использования пластика с определенными целями. Это пластификаторы, отвердители, порообразователи, стабилизаторы, антистатики, ускорители. Такого рода веществ очень много, в зависимости от выбранной технологии их можно использовать по одному или в виде композиций.
Применение конструкционных полимеров и композитов
В ряде случаев в качестве конструкционного пластика могут использоваться и полимеры без наполнителей — к таким можно отнести полиэтилен высокой плотности (ПНД), полипропилен. В результате совершенствования состава и технологии производства полистирола был получен материал, обладающий признаками утеплителя и конструкционного состава — экструдированный пенополистирол. После его испытаний и ввода в практику значительно изменились возможности утепления зданий и сооружений за счет повышенной прочности основного функционального слоя.
Пример конструкционного материала с высокой производственной ценностью — углепластик. Обладая высокой прочностью, гибкостью и стойкостью к нагрузкам, материал остается легким и долговечным.
Для конструкционных пластиков на основе смол характерны разные показатели прочности. Большое значение имеет фрикционная стойкость материалов, которые применяются в машиностроении для изготовления взаимно подвижных деталей и узлов, например, дисков сцепления. При этом особенности применения таких деталей диктуют необходимость подбирать пластики не только по прочности и износостойкости, но и по способности к сохранению свойств при высоких температурах.
При производстве пластиков с конструкционными признаками чаще всего применяются композитные составы, в которых за счет добавления в связующее дополнительных компонентов можно получить заранее рассчитанные эффекты с заданными диапазонами отклонений. Применение экструзии и коэкструзии значительно упрощает изготовление деталей из пластмасс и полимеров.