Почему одни виды пластика служат долго, а другие быстро стареют и трескаются, несмотря на то, что все они являются пластиковыми материалами?(2)
В этой статье мы продолжаем обсуждать, почему одни виды пластика долговечны, а другие быстро стареют и трескаются.
III. Почему качество материалов, маркированных как ПП и АБС, может сильно различаться?
Во многих технических характеристиках продукции указывается только материал ПП, АБС или ПК. Однако это лишь обозначает общую категорию материала и ничего не говорит о его качестве.
Что касается полипропилена (ПП), то существуют следующие варианты: гомополимерный ПП, сополимерный ПП, прозрачный ПП, ударопрочный ПП, атмосферостойкий ПП, огнестойкий ПП, ПП, армированный стекловолокном, и ПП, пригодный для контакта с пищевыми продуктами.
В линейке АБС выделяют АБС общего назначения, ударопрочный АБС, термостойкий АБС, огнестойкий АБС, АБС для гальванического покрытия и атмосферостойкий АБС.
Что касается поликарбоната, то существуют следующие марки: прозрачный поликарбонат общего назначения, огнестойкий поликарбонат, УФ-стойкий поликарбонат, оптический поликарбонат, армированный поликарбонат и химически стойкий модифицированный поликарбонат.
Различия в марках материалов, составах и добавках приводят к существенным колебаниям конечных характеристик.
К другим факторам, влияющим на качество, относятся:
Используется ли первичное сырье
Смешивается ли переработанный материал с другими материалами?
Доля использованного вторичного сырья
Добавляются ли антиоксиданты, светостабилизаторы, антипирены и упрочняющие добавки?
Применение стекловолоконного армирования, минерального наполнителя или модификации сплава не имеет значения.
Подходят ли температура и условия сушки при литье под давлением?
Стабильна ли конструкция пресс-формы и система охлаждения.
Является ли структура продукта разумной?
Поэтому, даже если на обоих изделиях указано, что они изготовлены из АБС-пластика, их фактическая прочность может быть совершенно разной.
Потребители видят лишь сокращенное название материала, в то время как производители фактически контролируют сорт, состав, технологию обработки и систему контроля качества.
IV. Более твердые пластмассы не означают более высокую долговечность.
Многие люди оценивают качество пластика по тактильным ощущениям. Они считают пластик высококачественным, если он твердый на ощупь, и дешевым, если он мягкий. Однако эта оценка не всегда надежна. Твердость материала и его прочность — это два разных понятия.
Некоторые материалы обладают высокой твердостью, но низкой ударной вязкостью и склонны к растрескиванию при ударе. Другие, относительно мягкие материалы, обеспечивают лучшую износостойкость, сопротивление изгибу и ударопрочность.
В качестве примера рассмотрим чехлы для телефонов: поликарбонат (ПК) обычно более твердый и прозрачный; термопластичный полиуретан (ТПУ) мягче и более устойчив к многократным изгибам, но подвержен пожелтению; силикон приятен на ощупь, но легко притягивает пыль, а также имеет недостатки в прочности на разрыв и устойчивости к загрязнениям.
Каждый материал имеет свои сильные и слабые стороны. Правильный выбор материала заключается не в максимизации какого-либо одного свойства, а в выявлении наиболее потенциальных рисков, с которыми может столкнуться продукт.
Если изделие, вероятно, будет падать, приоритет следует отдавать ударопрочности.
Если изделие будет использоваться на открытом воздухе в течение длительного времени, устойчивость к погодным условиям имеет первостепенное значение.
Если изделие расположено вблизи источников тепла, необходимо учитывать его долговременную термостойкость.
При контакте изделия с маслом, спиртом или чистящими средствами крайне важна химическая стойкость.
Если изделие подвергается многократному изгибанию, следует оценить его сопротивление усталости и сопротивление изгибу.
Определение понятия «долговечность» варьируется в зависимости от сценария применения.
V. Несколько типичных случаев из реальной жизни
1. Почему чехлы для телефонов желтеют?
Многие прозрачные или светлые мягкие чехлы для телефонов со временем желтеют. Это явление обычно связано с такими факторами, как сам материал, ультрафиолетовое излучение, окисление, пот и жир, высокая температура и миграция добавок. Не всегда пожелтение указывает на проблемы с безопасностью материала, но оно свидетельствует об ухудшении его внешнего вида. Для обеспечения длительной устойчивости к пожелтению необходимо учитывать материальную систему, антиоксидантные свойства, устойчивость к УФ-излучению, обработку поверхности или просто выбирать темные или непрозрачные варианты.
2. Почему пластиковые стулья становятся хрупкими после длительного воздействия солнечных лучей?
Многие пластиковые стулья, ведра и контейнеры для игр на открытом воздухе становятся хрупкими после длительного воздействия солнечных лучей. Как правило, это связано с УФ-старением, термоокислительным старением, качеством материала и наличием антивозрастных добавок.
Хорошие эксплуатационные характеристики в помещении не гарантируют пригодности для использования на открытом воздухе. При выборе продукции для наружного применения не следует руководствоваться только стоимостью; необходимо также проверить, обладает ли материал устойчивостью к атмосферным воздействиям.
3. Почему оболочка кабеля затвердевает и трескается?
К распространенным материалам для оболочек проводов и кабелей относятся ПВХ, резина, ТПЭ, ТПУ, силиконовая резина и другие. Различные материалы значительно различаются по гибкости, термостойкости, низкотемпературной стойкости, маслостойкости, огнестойкости и атмосферостойкости. Затвердевание и растрескивание некоторых кабелей после длительной эксплуатации могут быть вызваны миграцией пластификаторов, термическим старением, УФ-старением, многократным изгибом и низкотемпературным охрупчиванием. Такие проблемы нельзя оценить только по толщине оболочки; необходимо также учитывать материальную систему и условия эксплуатации.
4. Почему прозрачные пластиковые детали неожиданно трескаются?
К распространенным материалам для прозрачных пластиковых деталей относятся ПК, ПММА, ПС, ПЭТ и другие. Прозрачность не означает одинаковые характеристики. Некоторые прозрачные детали обладают хорошей ударопрочностью, другие — благоприятной твердостью поверхности, третьи — отличной атмосферостойкостью, а четвертые — посредственной химической стойкостью. Если прозрачные пластиковые детали подвергаются длительной нагрузке и одновременно воздействию спирта, чистящих средств или некоторых растворителей, могут появиться мельчайшие трещины. Это объясняет, почему компоненты, которые выглядят почти одинаково и при этом являются прозрачными, могут демонстрировать совершенно разные характеристики на практике.
VI. Как определить, подходит ли пластиковый компонент для конкретного сценария применения
Начните с того, что задайте несколько ключевых вопросов.
Во-первых, будет ли он использоваться в помещении или на открытом воздухе? Для наружного применения приоритет следует отдавать устойчивости к ультрафиолетовому излучению, перепадам температуры, дождю, влажной жаре и атмосферным воздействиям.
Во-вторых, будет ли он подвергаться воздействию высоких температур? Это включает в себя не только кратковременное воздействие высоких температур, но и непрерывную эксплуатацию при высоких температурах в течение длительных периодов времени.
Во-третьих, выдержит ли он долговременные нагрузки? При воздействии постоянных нагрузок, напряжений от защелок, винтового крепления или многократного изгиба необходимо учитывать ползучесть, усталость и растрескивание под напряжением.
В-четвертых, будет ли он контактировать с химическими веществами? Масла, спирт, чистящие средства, растворители, кислоты, щелочи и пот могут влиять на некоторые виды пластмасс.
В-пятых, существуют ли какие-либо требования к внешнему виду? Прозрачные, белые и светлые материалы более подвержены видимым проблемам, таким как пожелтение, царапины, следы деформации и изменение цвета.
В-шестых, каков требуемый срок службы? Одноразовая упаковка, товары народного потребления с коротким сроком службы, автомобильные компоненты, снаряжение для активного отдыха и медицинские изделия требуют совершенно разных марок материалов.
Четкие ответы на эти вопросы закладывают основу для правильного выбора пластиковых материалов.
VII. В заключение
Пластмассы не являются синонимом дешевизны и низкого качества. Система пластмассовых материалов чрезвычайно сложна. Пластмассы могут быть недорогими или высокоэффективными. Из них можно изготавливать как одноразовые изделия, так и инженерные компоненты. Они могут быстро стареть или оставаться стабильными в течение длительного времени при правильном проектировании.
Прочность пластика зависит не только от того, что это пластик, но и от следующих факторов:
Правильно ли выбран тип материала;
Насколько хорошо соответствуют сорт и состав;
Стабильна ли технология обработки;
Является ли структура продукта разумной;
Выходит ли рабочая среда за пределы допустимых параметров материала.
Поэтому, когда мы видим, что пластиковая деталь трескается, желтеет, становится хрупкой или липкой, не следует поспешно делать вывод о том, что «пластик низкого качества». Более точный набор вопросов должен звучать так:
Какой тип пластика используется?
Было ли оно изначально пригодно для данного сценария применения?
Причина отказа — проблемы с материалами, дефекты обработки, структурные недостатки или условия окружающей среды?
Понимание этих вопросов знаменует собой истинное начало овладения материальным знанием.
