Что такое ПВХ — характеристики и особенности полимера

• Содержание:
• Как получают ПВХ
• Горючесть ПВХ
• Температурные характеристики
• Показатели плотности
• Прочность и пластичность полихлорвинила
• Параметры выбора полимерного материала
• Как производятся изделия из ПВХ

Один из самых распространенных в промышленности, быту и машиностроении пластик — ПВХ, он же PVC, он же поливинилхлорид считается почти универсальным материалом, полученным методом полимеризации сложного соединения этилена и хлора. ПВХ применяется во всех отраслях деятельности, хотя иногда вызывает споры относительно безопасности, но можно уверенно сказать, что половина утверждений о его опасности относится к легендам. 

Как получают ПВХ в промышленности

Изначально ПВХ в виде белого порошка без вкуса и запаха получается в результате нескольких процессов. Из поваренной соли выделяют хлор, который соединяют с продуктом крекинга нефти, этиленом. Полученная молекула из диоксида этилена и хлора представляет собой базовый мономер. В процессе полимеризации происходит сцепление мономеров, формирующих цепочки полимеров. Именно полимеризация и придает пластику его наиболее ценные свойства — прочность, пластичность, ограниченную электропроводность и негорючесть. 

Относительно последнего свойства ПВХ стоит дать отдельное объяснение. 

Горение ПВХ — особый процесс и сложные условия 

С точки зрения физической химии ПВХ не горит, а разлагается при определенной температуре и при прямом воздействии пламени, выделяя при этом опасные для человека и животных продукты распада. Воспламенение начинается при нагреве пламенем до 500 С, если пламя отвести, изделие из полихлорвинила погаснет, но продолжит гореть и дымить после нагрева до 624 С. При нагреве до 1100 С материал воспламеняется сам. В процессе нагревания он проходит несколько стадий, связанных с изменением пластичности, сначала становится мягким, потом плывет. Разложение ПВХ начинается при нагреве до 100 - 140 С. При скоплении пыли ПВХ в закрытом помещении возможно ее мгновенное воспламенение — "хлопок", подобный хлопку зерновой или сахарной пыли в элеваторе. 

Пластичность и стеклование поливинилхлорида в зависимости от температуры 

При остывании до 70 С ПВХ проходит стеклование, то есть становится твердым и хрупким — так ведут себя "твердые жидкости", у которых молекулы не образуют кристаллических решеток, например, стекло. Параметр температуры стеклования для аморфных полимеров критически важен в производстве и использовании — именно в этом состоянии они приобретают прочность и ограниченную пластичность. При температуре выше температуры стеклования полимер приобретает свойства эластичности, сверхэластичности и текучести. Это означает, что использовать материал можно только при нагреве не выше 60 - 90 С, при этом пластифицированный полимер станет мягким при 70 С, а непластифицированный при 105 С. 

Охлаждение ПВХ без последствий для структуры — потери прочности и пластичности — возможно до -60 С и -15 С соответственно для пластифицированного (FPVC) и непластифицированного (RPVC) полимера. Последний имеет высокие показатели прочности и жесткости.  

Показатели плотности ПВХ 

ПВХ принято разделять на виды — суспензионный и эмульсионный в зависимости от технологии производства. Суспензионный поливинилхлорид занимает до 85 % современного рынка. Плотность материала после получения изделий из него составляет 1,4 - 1,5 гр на кубический сантиметр. В исходном порошкообразном состоянии она не превышает 0,4 - 0,7 гр на кубический сантиметр. Насыпной плотностью называют плотность насыпанного в емкость сыпучего вещества, этот критерий имеет значение при закупке сырья в таре и расчетах его расхода для последующей переработки. 

Прочность и пластичность полихлорвинила 

Прочность поливинилхлорида меняется в зависимости от вида, то есть, применения пластификаторов и количества хлора. В литературе и технических описаниях можно встретить:

• винпласт — ПВХ высокой твердости, обладающий конструкционной прочностью 
• пластикат — ПВХ пластичный, из которого делаются изоляционные материалы, пленки, ленты. 

На основе ПВХ сырья может быть изготовлен наполненный или армированный материал с высокой прочностью на разрыв или вспененный (химическим и газовым методом). 

Для придания ПВХ определенных свойств применяются присадки или добавки:

• эластомеры значительно повышают ударную вязкость полимера;
• термо- и светостабилизаторы позволяют повысить температуру плавления полимера и придать устойчивость к УФ-излучению;
• пластификаторы — парафины и воски, увеличивающие текучесть и пластичность материала. 

За счет применения этих добавок можно добиться существенной оптимизации материала по нескольким параметрам для применения в определенном производстве. 

Параметры выбора полимерного материала 

Физико-механические свойства ПВХ могут значительно различаться в зависимости от технологии производства и применения добавок. Поэтому мы приводим перечисление основных критериев, которые стоит изучить, рассчитывая применять полихлорвинил в производстве. 

• Прочность на сжатие — отражает минимальное усилие, при котором материал начинает терять форму и структурно разрушаться. 
• Прочность на разрыв — минимальное усилие, при котором начинается разделение структурных частей материала, разрыв. 
• Деформационная прочность — максимальное усилие, при котором материал способен деформироваться и вернуться в прежнее состояние. 
• Предел пластичности — минимальное усилие, достаточное для изменения формы материала без возвращения в прежнее состояние. 
• Ударная вязкость — предел, за которым материал начинает разрушаться при ударе, то есть, не поглощает энергию удара. 
• Твердость — предел способности сохранять форму при приложении усилия, величина обратная пластичности. 

В документации на изделия и сырье ПВХ указываются эти параметры. По ним можно определить конструкционную пригодность полимера. 

Как производятся изделия из ПВХ 

Для изготовления различных изделий из поливинилхлорида может применяться несколько технологий. 

Литье — подходит для работы с продуктами вторичной переработки, малоэффективно при работе с порошком, который имеет свойство спекаться в массу при нагревании. 

Выдувная технология — заполнение формы методом нагнетания газа в массу нагретого до текучести материала. Аналогично литью под давлением с некоторыми особенностями. 

Экструзия — наиболее эффективное и современное решение, основанное на способности расплавленного текучего полимера образовывать листы и пленки при прохождении через сопло экструдера на высокой скорости. 

Вариант литья под давлением — термопласт-автоматическая технология. Расплавленный или распыленный полимер проталкивается через сопла и заполняет литьевые формы. Это наиболее автоматизированный метод, позволяющий производить детали на одной автоматической линии. 

Область применения ПВХ очень широка. Из него делают корпуса приборов, медицинские приспособления от катетеров до капельниц, трубы разной прочности, детали автомобилей (бамперы, отделку салона), упаковочные пленки, элементы дизайна и конструкционные части техники и строений. Важным преимуществом ПВХ считается возможность его вторичной переработки, при этом полимер не разлагается естественным путем. Серьезное ограничение на применение ПВХ — его способность при нагревании выделять соединения хлора, опасные для человека. При использовании некачественного пластика риск отравления, например, игрушкой, может быть весьма серьезным.