Теплостойкость и верхний предел рабочих температур

Для практики эксплуатации изделий из пластмасс чрезвычайно важно свойство, называемое теплостойкостью, а также значения верхнего предела рабочих температур.

Изделия из любого полимерного материала могут успешно эксплуатироваться только в опре­делённом интервале температур, который для каждого типа полимера и вида поли­мерного мате­риала индивидуален. Теплостойкость в широком смысле понимания – это спо­собность мате­риала сохранять свои свойства и показатели прочности в каком-то интервале температур. Тогда характеристикой теплостойкости являются наименьшее и наибольшее значе­ния темпера­тур такого интервала. Однако ранее уже отмечалось, что нижней температурной гра­ницей экс­плуатации деталей из подавляющего большинства термопластичных полимеров является темпера­тура хрупкости, а для эластомеров такой границей являются температура хрупкости или темпе­ратура стеклования. В связи с этим понятие теплостойкости зачастую несколько сужают и под теплостойкостью понимают только способность не размягчаться при повышении тем­пера­туры. В этом случае критерием теплостойкости является значение наибольшей температуры ин­тервала эксплуатации. Для более полной оценки могут использоваться сразу несколько харак­те­ристик. Например, теплостойкость эластичных материалов типа поливинилхлоридных пласти­ка­тов оценивается тремя характеристиками: температурой размягчения по Вика, температурой хрупкости и нарастанием жёсткости при понижении температуры. Конструкционные термопласты оцениваются в основном показателем теплостойкости при изгибе по методу Мартенса. Этот же метод рекомендован ГОСТ 21341 и для других полимерных материалов, чья теплостойкость по Мартенсу превышает 40⁰ С.

Метод Мартенса оценивает теплостойкость по ве­личине температуры, при которой образец дефор­миру­ется на заданную величину. Определение теп­лостойко­сти при этом заключается в том, что стан­дартный брусок с размерами 120 х 15 х 10 мм, изготовленный из испы­туемого полимерного материала, подвергают действию изгибающего усилия величиной 4,9 Н/мм² (50 кгс/см²) при постепенном нагревании. Определение проводится на приборе Мартенса (рис.17). Образец 3, закреплённый в нижнем зажиме 2, нагружен изгибающим моментом с помощью верхнего зажима 4 и рычага с грузом 6. При­бор на опорной плите 1 размещён в термошкафу 5, нагреватели которого обеспечивают равномер­ное повышение температуры воздуха в шкафу на 5⁰ С за 6 минут или 50±5⁰ С в час. Температура, при которой свободный конец образца деформируется (прогнётся) на 6 мм, фиксируется как теп­лостойкость данного материала.

Другая величина, характеризующая теплостойкость пластмасс - верхний предел рабочих температур (Т_макс) – в какой-то мере условна. Она служит для сравнительной оценки пластмасс. В реальных эксплуатационных условиях максимальная ра­бочая температура изделия зависит от его конфигурации и комплекса действующих факторов (нагрузок, контакта с другими материалами и пр.). Значение такой температуры должно устанав­ливаться для определённого изделия в конкретных условиях нагружения. Опыт показывает, что фактические значения Т_макс чаще всего не менее чем на 20⁰ С ниже температуры размягчения по Вика, на 10 – 20⁰ С ниже теплостойкости по Мартенсу и не менее чем на 50⁰ С ниже темпера­туры начала разложения. В таблице 7 приводятся значения теплостойкости по Мартенсу, температуры размягчения по Вика и экспериментальных значений Т_макс для некоторых полимеров.

Данные таблицы 7 подтверждают несоответствие величин температуры размягчения по Вика, и теплостойкости по Мартенсу значениям Т_макс . Эти данные являются скорее ориентировочными, позволяющими выстроить ряд полимерных материалов по убыванию (или возрастанию) тепло­стойкости. Более строгим методом оценки теплостойкости может служить определение области температур и напряжений, в которой пластик совершенно не деформируется в течение опреде­лённого времени.

Таблица 7. Значения теплостойкости полимеров