" /> Конструкционные ПМ | ОДО «ГлавМехСервис»

Жесткие и прочные конструкционные ПМ предназначены для работы при высоких статических нагрузках. Поскольку в большинстве случаев из ПМ изготавливают изделия с заданными формой и размерами, такие ПМ должны быть конструкционными материалами, то есть должны сохранять эти форму и размеры или в крайнем случае целостность изделия при воздействии внешних механических нагрузок. Основными показателями свойств, которые используются для характеристики ПМ, входящих в эту группу, являются модули упругости и показатели прочности при различных видах деформации (растяжении, сжатии, изгибе), а также твердость.

Модуль упругости характеризует поведение изделий при малых деформациях ПМ (менее 1%). Для большинства ПМ значения модулей упругости при растяжении и сжатии близки и, как правило, на несколько десятков процентов больше модуля упругости при изгибе. Поэтому для характеристики ПМ по этому признаку достаточно использовать данные по значению их модуля упругости при растяжении (рис.1). Более полные сведения можно найти в справочной литературе. Следует заметить, что на диаграммах, представленных на рис. 1 и далее, значения характеристик реактопластов (фенопластов, аминопластов, эпоксидных и полиэфирных материалов) приводятся для пресс-материалов с дисперсными наполнителями.

polimeri1
По уровню значений модуля упругости при комнатной температуре ПМ условно делят на:

  • жесткие (модуль упругости более 1 ГПа)
  • полужесткие (0,5-1,0 ГПа)
  • мягкие (20-500 МПа)
  • эластичные (менее 20 МПа)

По этой классификации большинство базовых гетероцепных полимеров можно отнести к жестким конструкционным материалам, которые могут использоваться для изготовления, например, корпусных и профильных изделий. Наиболее жесткими являются полярные полимеры с высоким уровнем межмолекулярных физических или химических связей (инженерно-технические материалы с модулем упругости более 2 ГПа). Такие ПМ при наличии других необходимых качеств применяют для изготовления изделий, работающих при длительном воздействии нагрузок.

При необходимости значительного повышения модуля упругости ПМ (выше 5 ГПа) обычно используются наполненные различными волокнами полимерные композиционные материалы (ПКМ). При наполнении жестких полимеров длинными высокомодульными стеклянными или углеродными волокнами, расположенными в направлении действия нагрузки, удается получать армированные ПКМ (стеклопластики и углепластики) с модулем упругости в несколько десятков ГПа.

Эффективными способами повышения эластичности жестких полимеров являются пластификация и вспенивание (при содержании газовой фазы не менее 50%).

В некоторых случаях для изделий и покрытий из ПМ необходима способность сопротивляться внедрению в поверхность другого тела. Для оценки этой способности используют значение твердости по Бринеллю, определяемое по глубине внедрения стального шарика в образец (рис. 2). Эта характеристика связана с величиной модуля упругости при сжатии, поэтому порядок расположения ПМ на рис. 2 и 1 практически совпадает.

polimeri2
Инженерные ПМ должны иметь твердость не менее 60-80 МПа. Отметим, что в отличие от модуля упругости при растяжении и изгибе твердость полимеров изменяется при армировании волокнами в значительно меньшей степени.

Для большинства изделий из ПМ недопустимы нагрузки, вызывающие развитие необратимых пластических деформаций. Предельно допустимыми считаются деформации, выше которых при длительном воздействии нагрузки резко увеличивается ползучесть ПМ. Так, в напорных трубах из ПЭ и ПВХ такие деформации не превышают 3%. Однако для ряда изделий (например, для пленок) необходимо знать предельные нагрузки, выше которых происходит разрушение изделия. В этом случае прочность ПМ характеризуют максимальным напряжением, которое способен выдержать образец, т.е. разрушающим напряжением при растяжении, сжатии, изгибе, срезе и т.п. Таким образом, в зависимости от назначения изделия из ПМ характеристикой прочности может служить предел текучести ПМ или разрушающее напряжение. На рис. 3 представлены значения прочности при растяжении различных ПМ.

Аналогичные диаграммы для прочности при сжатии и статическом изгибе близки по характеру к диаграмме, приведенной на рис. 3, хотя большинство жестких материалов лучше работает при сжатии. К инженерным ПМ относят материалы с прочностями, превышающими 35-40 МПа (прочные материалы). Отметим, что армирование непрерывными волокнами обеспечивает повышение прочности стеклопластиков и углепластиков до 300-400 МПа и более. Эффективным средством повышения прочности при растяжении полимерных листов и пленок (до 500 МПа) является их ориентационная термовытяжка.

polimeri3