Термопласты: что это такое, виды, применение

Что это? Термопласты – это полимеры, которые при нагревании становятся пластичными и текучими, а при охлаждении снова затвердевают.

На что обратить внимание? Процесс является обратимым, что позволяет перерабатывать и повторно использовать материалы без значительных изменений их химической структуры. Подобные свойства делают термопласты идеальными для различных производственных процессов.

Что такое термопласты

Выделяют особый класс полимеров, который может менять свое агрегатное состояния из-за изменений температуры или химического состава. Такой материал называют термопластами.

В обычных условиях термопластик остается твердым. Если повышать температуру, то материал становится мягче и пластичнее, его можно лить до получения нужной формы. Переход из одного состояния в другое происходит при определенных интервалах температуры, характерного для каждого типа полимера.

Это свойство изменения агрегатного состояния без влияния на химическую структуру дает возможность неоднократно менять форму материала. Такая способность позволяет использовать термопласты в качестве вторсырья, отправляя их на переработку.

Данный метод считается экологичным и безопасным для природы, а также экономичным. Это дает преимущество термопластам перед другими похожими веществами – полимерами термореактопластов, которые меняют химическую структуру при термическом воздействии.

Виды термопластов

Выделяют много видов термопластов, каждый из которых имеет определенное назначение и уникальные свойства. Разберем самые распространенные.

1. Полиэтилен (PE). Это самый популярный тип термопластов, который известен во всем мире. Он делится на два вида:
   • Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE). У него хорошая гибкость, его трудно разорвать.
   • Полиэтилен высокой плотности (HDPE). Гораздо жестче и прочнее обычного материала, из него делают бутылки и трубы.
2. Полипропилен (PP). Полипропилен не подвержен химическому воздействию и спокойно переживает высокие температуры. Из него делают ткани, упаковку и мебель.
3. Полистирол (PS). Данный вил пластика регулярно используют для изготовления одноразовой посуды и упаковки. Он дешевый и легкий, но не такой прочный, как некоторые термопласты.
4. Поливинилхлорид (PVC). Его сокращенно называют «ПВХ». Нужен в строительной отрасли для производства труб, окон, кровли. Очень прочный и долговечный.
5. Полиамиды (PA). Называют «нейлоном». Прочный и долговечный, поэтому регулярно используется в автомобилестроении, например, для изготовления деталей двигателей.

Читайте также!

Литье пластмасс под давлением: этапы и методы

Подробнее

Физико-химические характеристики термопластов

Типичные физические свойства

• Температура плавления. Важно понимать, при какой температуре термопласты переходят из одного состояния в другое. Всегда учитывается данная характеристика при выборе материала. К примеру, полиэтилен изменяет структуру при температуре от 110 до 135°C, в то время как поликарбонат становится другой формы при показателе примерно в 155°C.
• Плотность. Это свойство дает возможность определить удельный вес вещества. Влияет на то, насколько оно будет прочным, какие механические свойства проявятся. Термопласты с низкой плотностью гибкие и легкие.
• Прозрачность. Некоторые материалы, например, акрил или поликарбонат имеют прозрачную структуру, поэтому их используют при производстве линз и защитных экранов.
• Ударная вязкость. Еще одно свойство, которое показывает, насколько материал прочный, как он может поглощать энергию от удара без повреждений. К примеру, высокой ударной вязкостью обладает полиуретан, поэтому его часто задействуют в элементах, связанных с амортизацией.

Химическая стойкость

Эти материалы могут по-разному реагировать на воздействие химических веществ, например, на растворение в кислоте или щелочи:

• Полиэтилен практически не подвергается изменению при взаимодействии с химическими веществами.
• Поливинилхлорид имеет устойчивость к олефинам и гидрокарбонам.
• Политетрафторэтилен очень стойкий при попытке растворить его с помощью химических составов.

Термические свойства

Термопласты имеют ряд термических свойств:

• Теплопроводность. Если она низкая, то термопласт прекрасно справляется с функцией теплоизоляции, поэтому его часто используют при строительстве.
• Коэффициент линейного расширения. Данная мера изменения размеров материала рассматривается с учетом изменения температуры. К примеру, полиэтилен имеет высокий коэффициент по сравнению с полипропиленом.

Механические свойства

К механическим свойствам относят:

• Прочность при растяжке. Когда материал максимально растягивают, он должен выдерживать и не рваться.
• Жесткость. Когда материал не деформируется под воздействием напряжения.
• Модуль упругости. Это параметр, который связан с жесткостью. Демонстрирует отношением между деформацией и напряжением.

Читайте также!

АБС-пластик или полипропилен: что лучше?

Подробнее

Экологическая устойчивость

В настоящее время производители заняты разработкой термопластов, которые могут быть биоразлагаемыми или готовыми к вторичному использованию. Это делается, чтобы уменьшить экологический след, который оставляет пластик на нашей планете:

• Биоразлагаемые термопласты могут быть утилизированы с помощью микроорганизмов. Или ими можно пользоваться повторно.
• Во всем мире работают программы, которые занимаются переработкой пластика, чтобы его ресурсы задействовали неоднократно.

Технологии переработки и формования термопластов

Когда термопласты получают, их еще нужно довести до нужного товарного вида. При этом задействуют несколько типов воздействия при переработке.

Литье под давлением

Вещество приводят в текучий и вязкий вид, после чего под давлением заливают в форму, ждут, когда оно затвердеет и оформляют до нужного стандарта. Данный метод является наиболее часто используемым. Термопласты обрабатывают на специальных автоматах, имеющих определенные пресс-формы.

Процесс литья зависит от того, какая форма нужна:

• Литье с газом используется для изделий с толстыми стенками и полостями.
• Литье с декорированием в литьевой форме задействуют для изделий разных цветов и поверхностной пленкой.
• Многокомпонентное литье нужно, если следует выпустить комбинированные изделия из разных типов термопластов.

Формование

Данный метод помогает придать форму материалу на внутренней поверхности. Выделяют четыре вида формирования:

• Простая штамповка.
• Ротационное формирование. Нужно, чтобы делать небольшие емкости и резервуары, чьи стенки имеют толщину не более 20 миллиметров и объем в 10 кубов.
• Термоформование (вакуум- и пневмо-формование). Метод вакуума используют, если нужны предметы с тонкими стенками, а второй способ пригодится, если следует получить материал, который выдержит большую нагрузку как в бытовых, так и в промышленных условиях.
• Экструзионно-выдувное формованиеподойдет для производства небольших емкостей и различной тары.
• Штамповка.

Экструзия

Под экструзией понимают процесс переработки термопластов в расплавленном виде. Делается это с помощью пропускания материала сквозь формирующую головку. Форма изделия подходит геометрически отверстию головки.

Читайте также!

Основные виды пресс-форм: как правильно выбрать

Подробнее

Таким образом выпускают сварочные пруты, полимерные трубы, строительные изделия, изоляционные материалы и листы. Этот вид обработки подходит практически под любые полимеры. Процесс организован на экструдерах различных конструкций.

Сварка

Метод позволяет соединить несколько обработанных деталей под давлением, что делает сварные швы очень качественными. При помощи сварки на стыковых станках можно и гнуть различные виды деталей. Если нужно производить крупногабаритные изделия, этот метод идеально подходит при серийном выпуске продукции.

Применение термопластов в промышленности и быту

Термопласты давно себя утвердили на рынке производства для разных отраслей, от бытовой сферы до автомобильной индустрии.

• Автомобильная промышленность. Термопласты нужны, чтобы изготавливать различные детали для машин. Это могут быть детали обшивки, бамперы, панели приборов. Материал легкий, что уменьшает общий вес авто, экономит топливо. К тому же, такие материалы позволяю уберечь машину от появления ржавчины и продлить срок эксплуатации.
• Строительная отрасль. Применяются в строительстве, так как обладают высокой устойчивостью перед влагой и химическим воздействием. Трубы из термопластов используют в системах канализации и водоснабжения, так как они надежные и долговечные, при этом немного весят. А панели из этого вида пластика задействуют при облицовке зданий.
• Электроника. Так как термопласт обладает прекрасными изоляционными свойствами, их применяют при производстве проводов, корпусов электроустройств и других деталей. К примеру, ABS-пластик нужен, чтобы сделать корпус для бытовой техники.
• Упаковка. Материал из пластика очень гибкий, но прочный. Поэтому его часто берут, чтобы изготовить полиэтиленовые пакеты, контейнеры и другие предметы быта.
• Мебель. Материал очень легкий, поэтому при изготовлении мебели он незаменим. Из термопластов делают столы, стулья и другие предметы, которые украсят любой современный интерьер.
• Спорттовары. Термопласты применяют при изготовлении лыжных ботинок, защитных шлемов. Материал прочный и обеспечивает прекрасную амортизацию.

Преимущества и недостатки использования термопластов

Плюсы при использовании термопластов

1. Легкая переработка. Термопласты довольно просто перерабатываются. Их можно нагреть и придать нужную форму, объединить с другими деталями, использовать метод литья или экструзии. Процесс допускается запускать не один раз. Поэтому материал считают экономически выгодным.
2. Долговечность и прочность. Термопласты выдерживают внушительные нагрузки, поэтому их считают долговечными и надежными. Этот материал может подвергаться сильному давлению, но не потеряет своей структуры.
3. Не ржавеет. Металлы тоже обладают большим запасом прочности, но они ржавеют при воздействии неблагоприятных условий и просто со временем. Термопласты не подвержены коррозии, поэтому не так быстро разрушаются. Данное свойство очень нужно при работе с различными химикатами и во влажном климате.
4. Легкость. Материл обладает довольно легким весом, что дает ему преимущество перед металлами. При этом это не сказывается на прочности изделия, помогает легко перевозить и устанавливать предметы, изготовленные из термопластов.
5. Широкое применение. В связи с тем, что материал обладает рядом полезных свойств, его широко применяют в различных областях, например, в промышленности, при производстве техники, автомобилей, упаковки и игрушек.

Читайте также!

Горячеканальная пресс-форма: виды и преимущества

Подробнее

Минусы использования термопластов:

1. Ограниченная теплостойкость. Из-за того, что материал поддается термической обработке, при определенных температурах он может плавиться или изменять форму. Это мешает использовать его в некоторых областях.
2. Чувствительность к ультрафиолетовому излучению. Из-за воздействия солнечных лучей некоторые виды термопластов способны разрушаться или менять форму. Придется дополнительно обрабатывать их определенными растворами или защитными составами, чтобы уберечь от ультрафиолета.
3. Проблема экологии. Несмотря на то, что данный вид пластика можно перерабатывать, количество полимерных материалов пугающе огромное, поэтому накопление отходов все равно происходит регулярно.
4. Некоторые виды не устойчивы к химическому воздействию. Определенные термопласты могут разрушаться при агрессивном воздействии химии.

Часто задаваемые вопросы о термопластах

Вреден ли этот материал?

Все зависит от состава термопластов, методов обработки и условий использования. Токсичность измеряется, исходя из химического состава, примесей и способов изготовления.

Какое будущее ждет термопласты?

В настоящее время активно развивается 3D-печать. Она позволяет задействовать термопласты в разных современных сферах промышленности и быта. Можно быстро создавать прототипы для будущих изделий, что позволяет активнее развивать медицину, образование и другие передовые отрасли.

Термопласты незаменимы в нашей действительности. Они имеют уникальные свойства, широко применяются в разных направлениях. Потенциал использования данных материалов практически безграничен, они еще активно будут задействованы в передовых разработках, чтобы приближать новую веху технического прогресса.

Источник изображения в шапке: freepik / freepik.com