Какие рабочие температуры выдерживают пластики разных типов?

Пластики в наши дни находят огромный спрос в быту, в производстве, в строительстве и многих других сферах. Однако, помимо полезных для эксплуатации свойств у каждой пластмассы есть свои минусы и ограничения в использовании. В частности, следует знать о температурах их размягчения и плавления. В статье мы представим их вам в таблице. А ещё поговорим о редких фактах, касающихся пластиков, их видах и применении.

Как относятся пластики к температурным условиям?

Итак, что представляют собой пластмассы? Это прочные и устойчивые материалы на базе полимеров — высокомолекулярных соединений. Если смотреть на них с позиции температурного воздействия, то они делятся на термопласты и реактопласты. Давайте разберём, как их отличить друг от друга… К реактопластам относят неплавкие полимеры. Их разрешается нагревать всего 1 раз, а при вторичном плавлении они разрушаются. Кроме того, они не подлежат повторной переработке. Это, в свою очередь, создаёт ряд проблем, связанных с их утилизацией. Такие пластики:

• по сравнению с термопластами более устойчивы к высоким температурам — могут применяться вплоть до 130 ºС;
• устойчивы к химии, в том числе к кислотам и растворителям;
• славятся хорошей адгезией;
• и, плюс ко всему, имеют низкую вязкость.

Что же насчёт термопластичных полимеров, то их можно плавить сколько угодно раз. Они возвращаются в исходное, твёрдое состояние. И при этом структура их молекул не меняется. В данном обзоре мы в основном будем говорить о термопластах. И ещё надо рассмотреть такой термин, как рабочая температура пластиков. Тот диапазон, при котором их внешний вид и свойства сохраняются. Отметим, что большое количество полимеров размягчаются при 130 ºС. Хотя, есть и криогенные пластмассы. Например, стеклотекстолит G10 и полиэтилен UHMWPE. Их эксплуатируют даже при -240 ºС!

Акрил (оргстекло) и поликарбонат — заменители стекла

Акрил (ПММА) и поликарбонат (ПК) — это бесцветные полимеры со схожими свойствами. Их производят в форме труб, листов и прутков. Оба материала в последнее время весьма востребованы в дизайне интерьеров и строительстве. Внешне они напоминают стекло, но легче и прочнее последнего. Так, например, ПК в 200 раз крепче силикатного стекла и хорошо гнётся. Оргстекло же не такое крепкое, но оно интереснее в плане эстетики. Акриловые трубы — гладкие, прозрачные и имеют глянцевый блеск. За счёт этого они применяются в создании светильников и рекламных конструкций. Кстати, у труб из органического стекла есть внутренняя защита от солнца. А вот поликарбонат, как правило, нуждается в покрытиях от УФ-лучей. В обработке акрил довольно хрупок. Делать в нём отверстия можно лишь особыми свёрлами для пластиков. К тому же он подвержен температурному воздействию и вредной химии. Поликарбонат плавится при 160 ºС, а акрил становится текучим при 90-130 ºС. Если брать экструзионное оргстекло, то на морозах от 30 ºС оно нередко трескается. Но уличные фонари из литого акрила даже при сильном охлаждении (при минус 60 ºС) не портятся. Для постройки теплиц многие дачники выбирают акрил. Вот почему:

• во-первых, он дешевле поликарбоната на 35-40%;
• во-вторых, на несколько процентов прозрачнее.

Минус акриловых теплиц только в том, что они загораются от огня и искр. А вот поликарбонат воспламеняется с трудом. Пожалуй, главное назначение этого прочного, гибкого и негорючего материала — навесы, козырьки, кровли. К слову сказать, акрил легко полируется. Это позволяет очищать его поверхность от царапин. А также продлевать жизнь изделиям из него. Тогда как поликарбонат более стоек к едкой химии. Агрессивные средства по уходу ему не вредят.

Такие пластики бывают монолитными и сотовыми. При монтаже пузырьковых панелей и перегородок используют оба вида пластика. Ячеистый поликарбонат хуже пропускает свет, что делает панели тёмными и затрудняет видимость пузырьков. Даже в том случае, если применить сверхмощные LED-лампы.

Гибкий полимер ПВХ

Теперь поговорим о поливинилхлориде (ПВХ). В чистом виде он твёрдый. Но при добавлении в состав пластификаторов обретает гибкость. Продукцию из данного полимера применяют в разных областях. В квартирах и загородных домах — в установке настенных и напольных покрытий, садовой мебели и шторок для ванной. В сфере строительства — при разработке оконных профилей. А в производстве — для создания упаковочных товаров (в частности, пакетов). ПВХ признаётся безопасным для здоровья. Его, как известно, задействуют даже для перевозки донорской крови. Особого внимания заслуживают ПВХ-профили для окон. Они защищают жилища от шумов и сохраняют тепло. Причём есть и такие профили, которые подходят для зимних садов и панорамного остекления. Кстати, производители смазывают поливинилхлорид воском плёл. С какой целью:

• дабы уберечь механизмы от порчи и коррозии;
• а также для плавного открывания окон.

60 ºС — рабочий предел пластика. При более высоких температурах он начинает разрушаться. Плавится ПВХ при 150 °C. Но в нагретом виде бывает крайне опасен, т.к. выделяет яд. В идеале его не следует ни греть, ни жечь. Но если всё же есть необходимость его расплавить, то лучше это делать в кипящей воде и в хорошо проветриваемом помещении. А как проявляет себя пластик при низких температурах? Вплоть до -60 ºС он не теряет прочности. Даже при резких перепадах. Отсюда его популярность в строительстве труб.

Среди плюсов ПВХ — невоспламеняемость (он содержит около 56% хлора). Его минусы — отсутствие возможности переработки, нестойкость к морозам и яркому свету. При -30 °С наушники из этого пластика портятся. Да и на солнце он становится хрупким. Вот почему на улице чёрные гофроканалы из полиэтилена актуальнее, чем серые из ПВХ.

Все за и против полистирола

Полистирол на 95% состоит из воздуха, благодаря чему имеет лёгкий вес. Он бывает твёрдым, мягким, плёночным. Обычный и ударопрочный ПС используют в создании посуды, теплоизолирующих плит, а ещё сэндвич-панелей. Из оптического полистирола, прозрачного как стекло, но более прочного и недорогого, производят фототехнику и фонари. Кроме того, есть ещё и пенополистирол (пенопласт). Это теплоизолятор, стойкий к плесени и грибку. Его, как правило, применяют:

• в производстве утеплителей;
• и в то же время в разработке упаковочной продукции.

Материал, кстати, ни в коем случае нельзя нагревать. Ведь полистирол выделяет канцероген стирол. При крайней необходимости это можно делать при открытых окнах. Однако, стоит признать и то, что в утеплителях содержание стирола чаще всего не превышает 0,05% от общего объёма ПС. Такая концентрация яда в пластике безопасна. Заметим, что в ряду минусов полистирола — низкая ударная вязкость (хрупкость) и подверженность температурным влияниям. Пластик размягчается при 82-95%, разрушается при 100 °C, а плавится при 240 °C. При введении каучука в ПС получают прочный к ударам материал. Он не трескается. Да и в целом намного крепче и долговечнее обычного.

К сожалению, отходы полистирола не перерабатываются. Для природы этот материал однозначно вреден, ведь он не разлагается биологическим путём. Впрочем, есть у него и плюсы. К примеру, пищевая упаковка из него очень лёгкая, прочная и стойкая ко многим воздействиям. Эти свойства, бесспорно, радуют производителей.

Полиэтилен — лидер по производству упаковки

Полиэтилен (ПЭ) — термопластичная смола. Стойкая к морозам, с диапазоном температур от -60 до 105 °С. При охлаждении до -60 °С она обретает кристаллическую структуру, а при сильном нагревании — плавится. Плёнки и мешки из ПЭ устойчивы к влаге, эластичны и безопасны для здоровья. Благодаря этому, в такие пластики упаковывают даже детские товары. Существует 2 вида полиэтилена:

• ПНД — полиэтилен низкого давления. Из него делают пакеты, бутылки и защитные плёнки. К тому же, за счёт прочности и стойкости к износам он подходит для постройки труб водоснабжения, элементов канализации и теплиц. Такой пластик сохраняет свойства при нагревании до 140 °С. Большим его плюсом является возможность вторичного применения;
• ПВД — полиэтилен высокого давления. Недорогая, но не особо стойкая к агрессивным средам и проколам пластмасса. В Африке на базе использованных пакетов из ПВД изготавливают шляпы. Это хорошее решение, спасающее природу от загрязнений. Если же говорить про рабочие температуры пластика, то плавится он при 105 градусах.

Всем известны полиэтиленовые пакеты. Как их создают? Заготовку нагревают и растягивают, после чего её быстро охлаждают. При помощи этого метода (термовытяжки) производят даже супертонкие пакеты «майка» всего за несколько секунд. А знаете ли вы, почему упаковка из ПЭ рвётся? Суть в том, что молекула полимера — гибкая. Она состоит из подвижных атомов.

До начала Второй мировой войны полиэтилен, к слову сказать, был жутко дорогим. Почему? Потому что он служил изоляционным материалом для радиолокационных устройств. Сейчас же изделия из ПЭ доступны каждому.

Полипропилен — «король пластмасс»

Полипропилен (ПП) производят в виде порошка, а также капсул и гранул. Данный полимер вытесняет с рынка полистирол и ПВХ. Причина в том, что это недорогой, нетоксичный и термостойкий пластик. А ещё он подвергается утилизации — не нарушает экологию планеты. Сфера применения ПП обширна… Вот примеры, что из него создают:

• посуду (стаканчики, бутылки, боксы);
• блистеры;
• плёнку и пакеты;
• детские игрушки и кроватки;
• фотобоксы;
• детали бытовой техники и телефонов.

В то же время его используют в качестве изоляционных материалов и деталей автомобилей. И, плюс ко всему, в разработке тар, цистерн и водопроводных труб.

Надёжны ли трубы из ПП? Даже очень. Причём они применяются и для холодной, и для горячей воды (полипропилен плавится при 170 °С), выдерживая перепады температур. Хотя, срок годности у таких трубопроводов всё же не бесконечен. Изделия для холодного водоснабжения служат около 50 лет. Для горячего — до 25 лет.

Изделия из ПП не подходят для цехов с высокими температурами. Нижний предел рабочих температур пластика — -5…-15 °С. Придать материалу стойкость к морозам помогает этилен и добавки из других компонентов.

Универсальный полиуретан

Полиуретан (ПУ) — полимер, применяющийся чуть ли не во всех сферах промышленности.  Прочный и эластичный, он эффективно гасит удары. Поэтому, в частности, задействуется в изготовлении бамперов для авто. На его основе производят прочные клеящие составы, лаки и краски. Из него реализуют изоляционные материалы. Благодаря ПУ обретают жизнь детали машин, имплантаты, подошвы обуви и многое другое. Один из видов полиуретана — поролон. Это лёгкая пена, которую используют в детских игрушках, губках и шумоизолирующих материалах. Из-за горючести для возведения зданий и сооружений, как правило, берут самозатухающиеся пены. Диапазон рабочих температур у поролона — от -100 до +130 °С. Если источник возгорания поблизости, то плавление происходит при 180 °С, а воспламенение — при 250 °С. В числе свойств ПУ нельзя не отметить его стойкость к морозам. Как следствие, из него разрабатывают элементы холодильников. Пластики из полиуретана устойчивы к перепадам от -40 до +80 °С. Так что внутри морозилок из него поддерживаются необходимые терморежимы.

Полиуретан плох тем, что губительно влияет на экологию. В природе он, к сожалению, не разлагается. Впрочем, для этой проблемы нашлось решение. Как оказалось, биоутилизация пластика возможна с помощью эквадорского гриба Pestalotiopsis microspora. Съедобный для людей гриб, по вкусу похожий на хлеб, питается полиуретаном. Да-да, пластиковые бутылки, пакеты, а также скотч — настоящее лакомство для него!

Пищевые пластики: польза и вред

Давайте изучим и эту сторону пластмасс. Стоит ли использовать пластики для пищевых продуктов? Начнём, пожалуй, с ПП. Посуда из него подходит для микроволновок. Да и в целом полипропилен безопасен для пищевого применения. Стаканчики из указанного пластика задействуют для чая и кофе. Правда, контейнеры из него стоит менять раз в полгода, не храня в них еду подолгу. Однозначно не следует использовать тару из ПП под алкоголь. И просто пить из неё спиртные напитки тоже не рекомендуется. Акриловая посуда безвредна для здоровья, а вот в детских бутылочках из поликарбоната содержится бисфенол А. Вот некоторые факты о нём:

• в чистом виде он опасен. Но если его не часто нагревать, то здоровью он точно не навредит;
• лабораторные исследования показывают, что концентрация бисфенола А в бутылочках очень мала. Он быстро выводится из организма и не наносит вреда даже младенцам.

В качестве боксов для пищевых продуктов, ко всему прочему, используют изделия из ПВД. Этот пластик нетоксичен. Пища, хранящаяся в нём, безопасна. Полиэтилен низкого давления тоже актуален для пищевой промышленности — из него производят пакеты для молочной продукции и бакалейных товаров. Что же касается посуды из ПВХ, то она крайне опасна. Её заменяют изделиями из полистирола. Нагревать эту посуду и хранить в ней горячую пищу нельзя, т.к. материал токсичен. Но вот для холодной еды полистирол вполне подходит. Итак, пластики — это уже неотъемлемая часть жизни человека. Они могут быть хорошими помощниками или вредителями. Мы постараемся и дальше раскрывать плюсы и минусы различных видов пластиков. Например, из этой статьи вы можете узнать, как влияет агрессивная химия на пластики?

Таблица плотности и характерных температур пластика и пластмасс