Полимерные полуфабрикаты для инженерных решений
Листы, прутки, профили, стержни, трубы, фитинги и прочие продукты из термопластов
Главная Каталог Решения Справочник Сервис Цены Компания Контакты Блог Форум

Влияние повышенной температуры на свойства инженерных пластиков

Одним из ключевых свойств инженерных пластиков (в частности листового полипропилена, полиэтилена, ПВХ и т.д.), которое интересует как производителей, так и пользователей изготовленного из них оборудования, является максимальная рабочая температура. При этом зачастую возникает путаница в определениях и интерпретации данных лабораторных испытаний, поскольку температурные свойства пластиков определяются целым рядом показателей. В частности в справочниках можно найти такие показатели, как температура прогиба, температура стеклования, постоянная рабочая температура и т.д. и ошибочно полагать, что максимальная рабочая температура материала однозначно определяется только одним из них. Цель данного обзора – выявить значение каждого вышеприведенного показателя и дать производителям оборудования основу для последующего обсуждения с заказчиками особенностей поведения конструкционных материалов при повышенных температурах.


[B]Размягчение материала: как материал становится слишком мягким для применения?[/B]

Этот эффект повсеместно наблюдается в быту, например при разогревании в микроволновой печи продуктов в пластиковой таре или наливании горячей воды в пластиковый стакан:

Температурные свойства инженерных пластиков

Размягчение количественно выражается в уменьшении модуля упругости материала с ростом температуры окружающей среды. На данном рисунке представлен типичный вид кривой, описывающей зависимость модуля упругости от температуры:

Температурные свойства инженерных пластиков

В данном случае мы видим, что до температуры 300°F/149°C модуль упругости материала меняется слабо, однако при температурах выше этой границы происходит резкое снижение данного показателя. Поэтому в зависимости от требования к механическим показателя материала, его эксплуатация может быть невозможна при температурах выше300°F/149°C.
Данные графики редко представлены в документации производителей полуфабрикатов инженерных пластиков, однако их можно найти в руководствах по конструкции и дизайну, которые публикуются производителями полимеров в первичных формах.


[B]Термическая деградация: как долго материал будет сохранять свои прочностные характеристики?[/B]

Инженерные пластики, подвергнутые воздействию повышенных температур в течение долгого времени, как правило, становятся хрупкими и теряют механическую прочность. Скорость данного процесса прямо пропорционально зависит от величины температуры. В бытовых условиях этот процесс можно наблюдать у кухонной посуды, ручки которой, испытывая температурную деградацию, с течением времени могут раскалываться:

Температурные свойства инженерных пластиков

Скорость и степень деградации различна для разных видов инженерных пластиков, на данном рисунке представлена соответствующая диаграмма для одного из них:

Температурные свойства инженерных пластиков

Можно заметить, что данный материал теряет половину изначальной величины прочности на растяжение при температуре 300°F/149°C в течение 1000 часов. Тот же материал, подвергнутый воздействию температуры 400°F/204°C, деградирует значительно быстрее, теряя половину своей прочности в течение 100 часов. В связи с этим, возможность применения данного материала при повышенной температуре зависит от следующих факторов:

[LIST]
[*]• Величины рабочей температуры
[*]• Минимальной величины прочности на растяжении, которая требуется для изготовленного из него изделия
[*]• Требуемого срока службы изделия
[/LIST]
Кроме того, инженеры и проектировщики для особо ответственных узлов и деталей могут закладывать дополнительно тот или иной запас прочности изделия.


[B]Ползучесть материала: как сильно изделие деформируется в течение долгого периода времени?[/B]

Для изделий, изготовленных из инженерных пластиков, характерна деформация под воздействием механической нагрузки в течение долгого времени. Этот эффект носит название «ползучесть материала» и для полимерных материалов он выражен в значительно большей степени, по сравнению с традиционными конструкционными материалами, в особенности при повышенных температурах эксплуатации. Данный процесс для одного из инженерных пластиков представлен на следующей диаграмме, показывающей степень деформации (растяжения) образца под действием нагрузки 1000 psi при температурах 100°F/38°C и 300°F/149°C:

Температурные свойства инженерных пластиков

Можно заметить, что деформация данного материала при температуре 100°F/38°C в течение 10000 часов минимальна (менее 0.5%), в то же время при 300°F/149°C в течение того же периода времени деформация становится значительной – 1.5%. Очевидно, что при строгих требованиях к стабильности размеров при температурах на уровне 300°F/149°C применение этого материала нежелательно.


[B]Другие показатели, зависящие от температуры[/B]

Помимо потери прочности, термической деградации и ползучести, повышенная температура эксплуатации изделия может влиять на ряд других характеристик инженерных пластиков, в частности электрические свойства, химическую стойкость, стойкость к растрескиванию, усталостную прочность, стойкость к истиранию и т.д.

Комментарии

Главная        Каталог        Решения        Справочник        Сервис        Цены        Компания        Контакты        Блог        Форум