Термопласты и реактопласты
Термопласты и реактопласты различаются прежде всего строением полимерной системы и её реакцией на нагрев. У термопластов нет постоянной пространственной сети химических сшивок, препятствующей переработке вязким течением; возможны физические связи и кристаллические области. Реактопласт формирует при отверждении химически связанную сеть. Уже отверждённая система при нагреве не возвращается в исходную текучую смолу: при чрезмерном нагреве происходят повреждение и разложение.
Стеклование, плавление и отверждение
Температура стеклования Tg характеризует изменение подвижности аморфной части полимера. Плавление Tm связано с разрушением кристаллического порядка; аморфный термопласт не обязан иметь отдельную температуру плавления. Полукристаллический термопласт имеет аморфную и кристаллическую составляющие, поэтому Tg и Tm описывают разные события. Реактопласт также имеет Tg, хотя не плавится с переходом в перерабатываемый расплав.
Отверждение — химический процесс, а не простое охлаждение. Его результат зависит от системы смола–отвердитель, степени превращения и согласованного режима. Недостаточная степень отверждения может изменить Tg и длительную жёсткость. Для термопластичной детали существенны история охлаждения и состояние материала. Следовательно, обозначение семейства полимера недостаточно для назначения рабочей температуры.
| Критерий | Термопласт | Реактопласт после отверждения |
|---|---|---|
| Поведение при нагреве | Размягчение, для кристаллической части — плавление | Изменение жёсткости около Tg; повторного плавления сети нет |
| Формирование изделия | Течение и последующее охлаждение | Формообразование совместно с химическим отверждением |
| Длительная нагрузка | Необходима проверка ползучести | Ползучесть также возможна; сшивка не отменяет её |
| Повторная переработка | Ограничена деградацией и загрязнением | Не равнозначна переплавке термопласта |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Условная оценка температурного изменения длины
Для сухого ненагруженного образца на участке с приблизительно постоянным коэффициентом расширения примем L0 = 200 мм, α = 60 × 10⁻⁶ К⁻¹, ΔT = 40 К. Линейная модель даёт ΔL = α L0 ΔT = 0,480 мм, L = 200,480 мм. Относительное изменение εT = α ΔT = 0,0024, или 0,24%. Исходные α и температурный интервал условные: они не приписываются определённой товарной марке.
Допустим, зазор между ненагруженным образцом и условно неподвижным ограничителем равен 0,60 мм. Остаток зазора по этой модели составляет 0,12 мм. Этот результат не подтверждает работоспособность узла: ограничитель тоже расширяется, есть размерные допуски, температурные градиенты и изменение свойств. После закрытия зазора расчёт свободного расширения уже не описывает напряжённое состояние детали.
Что проверяют при выборе
Для длительно нагруженной детали используют данные ползучести или длительный модуль при заданных времени, температуре и напряжении. Кратковременный модуль растяжения не заменяет их. Влажность особенно важна для влагопоглощающих полимеров: сухое и кондиционированное состояния имеют разные размеры и свойства. Если материал армирован волокном, расширение и модуль могут зависеть от направления потока и ориентации армирования.
Линейную температурную модель ограничивают интервалом, где не происходит переходов, заметного изменения α, набухания или химического старения. Она не применима через Tg или Tm без дополнительных данных. В спецификации указывают точную марку, состояние влажности, наполнитель, способ изготовления и температурно-временной режим эксплуатации. Паспорт отдельного семейства TPU или PA служит примером формы данных, но его численные характеристики нельзя переносить на другие полимеры.
Источники и границы их использования
- IUPAC — thermosetting polymer: термин отверждаемого полимера и необратимой сети.
- BASF — Elastollan material properties: стеклование и зависимость полимерных характеристик от условий испытания.
- BASF — Ultramid product brochure: влажностное состояние, ползучесть и армированные полиамиды.