Защо някои пластмаси издържат дълго време, а други бързо стареят и се напукват, въпреки че всички са пластмасови материали?(1)
Защо някои пластмаси издържат дълго време, а други бързо стареят и се напукват, въпреки че всички са пластмасови материали?
Пластмасата е може би един от материалите, с които влизаме в контакт всеки ден. Бутилки за минерална вода, контейнери за храна за вкъщи, калъфи за телефони, корпуси за контакти, обвивки на кабели, интериори на автомобили, корпуси за домакински уреди, уплътнения, тръби и опаковъчни фолиа - пластмаси могат да бъдат намерени почти навсякъде. И все пак много хора нямат много благоприятно впечатление за пластмасата.
Що се отнася до пластмасите, общоприетите мнения са следните: евтини, крехки, склонни към крехкост с времето и податливи на стареене под слънчева светлина. Някои дори пожълтяват, стават лепкави и излъчват странни миризми.
Тези явления съществуват. Би било обаче опростяване да се заключи, че „на всички пластмаси им липсва трайност“. Пластмасата не е един-единствен материал, а широко семейство от материали. Разликите между различните пластмаси са много по-големи, отколкото много хора осъзнават. Въпреки че всички се наричат пластмаси, някои са направени за опаковки за еднократна употреба, други за автомобилни компоненти, трети за зъбни колела и лагери, трети за медицински изделия, а други дори могат да работят дългосрочно в среди с високи температури, силна корозия и изисквания за електрическа изолация.
Следователно, истинският въпрос не е дали пластмасата е издръжлива, а по-скоро:
Какъв вид пластмаса се използва?
Модифициран ли е с добавки?
Подходящ ли е производственият процес?
Превишава ли работната среда границите на експлоатационните характеристики на материала?
В тази статия ще започнем с този въпрос: Защо някои пластмаси са изключително издръжливи, докато други стареят и се напукват бързо?
I. Пластмасата не е единичен материал, а цяло семейство от материали.
В ежедневието сме склонни да наричаме много предмети просто „дддххх пластмасадддххх“. В материалознанието обаче пластмасите обхващат широк спектър от различни видове.
Специалист по икономически въпроси (полиетилен): често използван за фолиа, капачки за бутилки, тръби и опаковъчни материали.
ПП (полипропилен): широко използван в контейнери за храна, компоненти за домакински уреди, автомобилни части и стоки от първа необходимост.
ПВЦ (поливинилхлорид): обикновено се използва за тръби, кабелни обвивки, подови настилки и профили.
ABS: използва се за корпуси на домакински уреди, играчки и части за автомобилен интериор.
компютър (поликарбонат): отличава се с отлична прозрачност и висока устойчивост на удар, подходящ за прозрачни компоненти и защитни части.
Пенсилвания (полиамид, известен още като найлон): отличава се с добра здравина и износоустойчивост, често използван за зъбни колела, лагери и механични компоненти.
ПОМ (Полиоксиметилен): предлага висока твърдост и износоустойчивост, идеален за прецизни части за трансмисии.
ТПУ (термопластичен полиуретанов еластомер): гъвкав и устойчив на износване, широко използван за калъфи за телефони, материали за обувки, кабели и гъвкави маркучи.
Всички тези материали обикновено се наричат дддхххпластмасаааа от широката публика, но свойствата им варират драстично. Някои са меки, докато други са твърди. Някои издържат на ниски температури, а други понасят високи температури. Някои са прозрачни, а други непрозрачни. Някои са устойчиви на масло, докато други са уязвими към разтворители. Някои са подходящи за употреба на закрито, а други могат да служат на открито за продължителни периоди.
Следователно, когато се преценява дали даден пластмасов компонент е надежден, първата стъпка не е да се провери дали е направен от пластмаса, а да се определи точно какъв вид пластмаса е и в какъв сценарий на приложение ще се използва.
II. Защо пластмасите стареят?
Стареенето на пластмасите по същество се отнася до промени, настъпващи в структурата на материала по време на експлоатация. Тези промени могат да бъдат предизвикани от светлина, топлина, кислород, влага, химикали, механично напрежение, а също така могат да произтичат от условията на обработка и дизайна на формулата. След стареене пластмасите могат да проявят следните явления: крехкост и напукване, пожълтяване, тебеширяне, лепкавост, втвърдяване, омекване, загуба на якост, замъгляване на повърхността и деформация на размерите. Основните причини за тези симптоми не са идентични.
1. Слънчевата светлина и Ултравиолетово лъчението причиняват крехкост на пластмасите
Много пластмасови части за външна употреба са уязвими към продължително излагане на слънчева светлина. Ултравиолетовата радиация на слънчевата светлина ускорява фотоокислителните реакции в някои полимерни материали, предизвиквайки разкъсване на молекулярните вериги и структурни промени. Видимите прояви включват избледняване, пожълтяване, повърхностно тебеширяне и намалена якост, което в крайна сметка води до крехкост и напукване.
Това обяснява защо пластмасовите кофи, пластмасовите столове и външните обвивки на външните кабели могат да функционират добре на закрито в продължение на години, но да станат забележимо крехки след период на излагане на открито.
За приложения на открито обикновено трябва да се вземат предвид фактори като степен на устойчивост на атмосферни влияния, Ултравиолетово система, въглероден черен, светлинни стабилизатори, антиоксиданти или повърхностни покрития. Не всички пластмаси са по своята същност подходящи за дългосрочна употреба на открито.
2. Високите температури ускоряват окисляването и влошаването на производителността
Пластмасите са чувствителни към температура. Някои пластмаси показват отлични характеристики при стайна температура, но термоокислителното стареене ще настъпи при продължителни условия на висока температура. Например, зони в близост до двигатели, вентилационни отвори за отопление, части от електрически уреди, генериращи топлина, и интериори на автомобили, изложени на пряка слънчева светлина, могат да достигнат температури, много по-високи от типичните за вътрешната среда.
С повишаване на температурата, скоростта на стареене на материалите се ускорява и размерната стабилност, якостта и жилавостта могат да се влошат. Съответно, жизнеспособността на един пластмасов компонент зависи не само от това дали може да издържи на такива температури за кратко, но и от това дали може да запази свойствата си при тези температури в дългосрочен план. Този детайл често се пренебрегва от много начинаещи.
3. Концентрацията на напрежение предизвиква преждевременно напукване
Напукването в някои пластмасови части не е изцяло причинено от некачествен основен материал, а от скрити рискове, произтичащи от структурния дизайн и обработка. Примерите включват:
прекалено остри ъгли,
резки промени в дебелината на стените,
неправилно проектирани винтови глави,
заключва се при продължително натоварване,
високо остатъчно вътрешно напрежение при шприцване,
принудително компресиране по време на сглобяване,
дълготрайно огъване или вибрации.
На тези места се образува концентрация на напрежение. Възможно е веднага след производството да не се виждат дефекти, но след определен период на експлоатация от тези слаби зони ще се появят и ще се разпространят пукнатини.
Следователно, напукването на пластмасовите компоненти не винаги може да се отдаде просто на лошо качество на материала. То може да е комбиниран резултат от избора на материал, структурата, дизайна на матрицата, шприцването и процесите на сглобяване.
4. Излагането на химикали също може да причини напукване
Много хора приемат, че пластмасите са устойчиви на вода и корозия. Това е само частично вярно. Различните пластмаси се различават значително по своята химическа устойчивост. Някои материали са чувствителни към алкохол, други към масла, трети към почистващи препарати, трети към разтворители, а трети към киселини и основи. Някои пластмаси са уязвими, когато са изложени едновременно на натоварвания и химикали.
Например, прозрачен пластмасов компонент може да изглежда здрав при нормални условия. Продължителният контакт с алкохол, почистващи препарати, мазнини или някои разтворители, комбиниран с вътрешно напрежение, обаче може да предизвика малки пукнатини. Това явление е известно като пукнатини от напрежение в околната среда. Характеризира се с постепенно развитие на пукнатини при експлоатационни условия без значително външно въздействие.
Следователно, когато оценяваме издръжливостта на пластмасите, не можем да вземем предвид само механичната якост; трябва да вземем предвид и контактуващите среди.
5. Водата и влажната топлина също могат да повлияят на някои пластмаси
Някои пластмаси са чувствителни към вода и влажна топлина. Например, найлонът лесно абсорбира влага, което може да причини промени в неговите размери, здравина, твърдост и електрически свойства. Материали като полиестер и поликарбонат също са изложени на риск от хидролиза при висока температура и висока влажност или неподходящи условия на обработка.
Това не означава, че тези материали са с лошо качество; по-скоро те имат свои собствени експлоатационни ограничения. При избора на материал е важно да се изясни дали компонентът ще влезе в контакт с вода, дали ще се използва дългосрочно в среда с висока влажност, дали се изисква размерна стабилност и дали са необходими електрическа изолация. За един и същ вид материал резултатът може да бъде напълно различен, когато се използва в сухи вътрешни среди, в сравнение с горещи и влажни външни условия.
