Що таке ПВХ - характеристики та особливості полімеру

Один із найпоширеніших у промисловості, побуті та машинобудуванні пластик — ПВХ, він же PVC, він же полівінілхлорид вважається майже універсальним матеріалом, отриманим методом полімеризації складної сполуки етилену та хлору. ПВХ застосовується у всіх галузях діяльності, хоча іноді викликає суперечки щодо безпеки, але можна впевнено сказати, що половина тверджень про його небезпеку належить до легенд.

Як отримують ПВХ у промисловості

Спочатку ПВХ у вигляді білого порошку без смаку та запаху виходить у результаті кількох процесів. З кухонної солі виділяють хлор, який з'єднують із продуктом крекінгу нафти, етиленом. Отримана молекула з діоксиду етилену та хлору є базовим мономером. У процесі полімеризації відбувається зчеплення мономерів, що формують ланцюги полімерів. Саме полімеризація і надає пластику його найбільш цінних властивостей — міцності, пластичності, обмеженої електропровідності та негорючості.

Щодо останньої властивості ПВХ, варто дати окреме пояснення.

Горіння ПВХ - особливий процес та складні умови

З точки зору фізичної хімії ПВХ не горить, а розкладається за певної температури і при прямому впливі полум'я, виділяючи при цьому небезпечні для людини та тварин продукти розпаду. Запалення починається при нагріванні полум'ям до 500 С, якщо полум'я відвести, виріб з поліхлорвінілу згасне, але продовжить горіти і диміти після нагрівання до 624 С. При нагріванні до 1100 С матеріал запалюється сам. У процесі нагрівання він проходить кілька стадій, пов'язаних із зміною пластичності, спочатку стає м'яким, потім пливе.Розкладання ПВХ починається при нагріванні до 100 - 140 С. При скупченні пилу ПВХ в закритому приміщенні можливе миттєве займання - "бавовна", подібна до бавовни зернового або цукрового пилу в елеваторі.

Пластичність та склування полівінілхлориду в залежності від температури

При охолодженні до 70 С ПВХ проходить скловання, тобто стає твердим і тендітним - так поводяться "тверді рідини", у яких молекули не утворюють кристалічних ґрат, наприклад, скло. Параметр температури склування для аморфних полімерів критично важливий у виробництві та використанні - саме в цьому стані вони набувають міцності та обмеженої пластичності. При температурі вище температури склування полімер набуває властивостей еластичності, наделастичності та плинності. Це означає, що використовувати матеріал можна тільки при нагріванні не вище 60 - 90 ° С, при цьому пластифікований полімер стане м'яким при 70 °C, а непластифікований при 105 °C.

Охолодження ПВХ без наслідків для структури - втрати міцності та пластичності - можливе до -60 С -15 С відповідно для пластифікованого (FPVC) і непластифікованого (RPVC) полімеру. Останній має високі показники міцності та жорсткості.

Показники щільності ПВХ

ПВХ прийнято розділяти на види - суспензійний та емульсійний залежно від технології виробництва. Суспензійний полівінілхлорид займає до 85% сучасного ринку. Щільність матеріалу після отримання виробів із нього становить 1,4 - 1,5 гр на кубічний сантиметр. У вихідному порошкоподібному стані вона не перевищує 0,4 – 0,7 гр на кубічний сантиметр.Насипною щільністю називають щільність насипаного в ємність сипучої речовини, цей критерій має значення при закупівлі сировини в тарі та розрахунках її витрати для подальшої переробки.

Міцність та пластичність поліхлорвінілу

Міцність полівінілхлориду змінюється залежно від виду, тобто застосування пластифікаторів і кількості хлору. У літературі та технічних описах можна зустріти:

• вінпласт - ПВХ високої твердості, що володіє конструкційною міцністю
• пластикат - ПВХ пластичний, з якого виготовляються ізоляційні матеріали, плівки, стрічки.

На основі ПВХ сировини може бути виготовлений наповнений або армований матеріал з високою міцністю на розрив або спінений (хімічним та газовим методом).

Для надання ПВХ певних властивостей застосовуються присадки або добавки:

• еластомери значно підвищують ударну в'язкість полімеру;
• термо- та світлостабілізатори дозволяють підвищити температуру плавлення полімеру і надати стійкості до УФ-випромінювання;
• пластифікатори - парафіни та воски, що збільшують плинність і пластичність матеріалу.

За рахунок застосування цих добавок можна досягти суттєвої оптимізації матеріалу за декількома параметрами для застосування у певному виробництві.

Параметри вибору полімерного матеріалу

Фізико-механічні властивості ПВХ можуть істотно відрізнятися залежно від технології виробництва та застосування добавок. Тому ми наводимо перелік основних критеріїв, які варто вивчити, розраховуючи застосовувати поліхлорвініл у виробництві.

• Міцність на стиск - відображає мінімальне зусилля, при якому матеріал починає втрачати форму і структурно руйнуватися.
• Міцність на розрив - мінімальне зусилля, у якому починається поділ структурних частин матеріалу, розрив.
• Деформаційна міцність - максимальне зусилля, при якому матеріал здатний деформуватися і повернутися до попереднього стану.
• Межа пластичності - мінімальне зусилля, достатнє для зміни форми матеріалу без повернення до попереднього стану.
• Ударна в'язкість - межа, за якою матеріал починає руйнуватися при ударі, тобто не поглинає енергію удару.
• Твердість - межа здатності зберігати форму при додатку зусилля, величина обернена до пластичності.

У документації на вироби та сировину ПВХ зазначаються ці параметри. За ними можна визначити конструкційну придатність полімеру.

Як виготовляються вироби з ПВХ

Для виготовлення різних виробів із полівінілхлориду може застосовуватися декілька технологій.

Лиття - підходить для роботи з продуктами вторинної переробки, малоефективно при роботі з порошком, який має властивість спекатися масою при нагріванні.

Видувна технологія заповнення форми методом нагнітання газу в масу нагрітого до плинності матеріалу. Аналогічно лиття під тиском із деякими особливостями.

Екструзія - найбільш ефективне та сучасне рішення, засноване на здатності розплавленого плинного полімеру утворювати листи та плівки при проходженні через сопло екструдера на високій швидкості.

Варіант лиття під тиском – термопласт-автоматична технологія. Розплавлений або розпорошений полімер проштовхується через сопла і заповнює ливарні форми. Це найбільш автоматизований метод, що дозволяє робити деталі на одній автоматичній лінії.

Область застосування ПВХ дуже широка.З нього роблять корпуси приладів, медичні пристрої від катетерів до крапельниць, труби різної міцності, деталі автомобілів (бампери, оздоблення салону), пакувальні плівки, елементи дизайну та конструкційні частини техніки та будівель. Важливою перевагою ПВХ вважається можливість його вторинної переробки, причому полімер не розкладається природним шляхом. Серйозне обмеження застосування ПВХ — його здатність при нагріванні виділяти сполуки хлору, небезпечні людини. При використанні неякісного пластику ризик отруєння, наприклад іграшкою, може бути дуже серйозним.

Ми вже писали статтю на цю тему у 2016 році, але з того часу ситуація помітно змінилася, тому стаття зажадала повного оновлення. Докладніше

Завод "Полігаль-Схід" запустив власне виробництво посиленого полікарбонату, який виглядає ідентично стандартному однокамерному полікарбонату, але має додаткове поперечне ребро жорсткості. Докладніше