Самый твердый пластик в мире. Японская компания создала лёгкий пластик, который имеет прочность стали. Что такое пластмасса

В современных автомобилях доля пластмассовых деталей постоянно растет. Растет и количество ремонтов на пластмассовых поверхностях, все чаще мы сталкиваемся с необходимостью их окрашивания.

Во многом окраска пластмасс отличается от окраски металлических поверхностей, что обусловлено, в первую очередь, самими свойствами пластмасс: они более эластичны и имеют меньшую адгезию к ЛКМ. А так как спектр полимерных материалов, применяемых в автомобилестроении, очень разнообразен, то не будь каких-то универсальных ремонтных материалов, способных создавать качественное декоративное покрытие на многих из их типов, малярам бы, наверное, пришлось получать специальное образование по химии.

К счастью, все на самом деле окажется значительно проще и погружаться с головой в изучение молекулярной химии полимеров нам не придется. Но все же некоторые сведения о типах пластмасс и их свойствах, хотя бы с целью расширения кругозора, будут явно нелишними.

Сегодня вы узнаете

Пластмассы — в массы

В XX веке человечество пережило синтетическую революцию, в его жизнь вошли новые материалы — пластмассы. Пластмассу можно смело считать одним из главных открытий человечества, без ее изобретения многие другие открытия были бы получены намного позже или их не было бы вовсе.

Первая пластмасса была изобретена в 1855 году британским металлургом и изобретателем Александром Парксом. Когда он решил найти дешевый заменитель дорогостоящей слоновой кости, из которой в то время делались бильярдные шары, вряд ли он мог себе представить, какое значение впоследствии приобретет полученный им продукт.

Ингредиентами будущего открытия стала нитроцеллюлоза, камфора и спирт. Смесь этих компонентов прогревалась до текучего состояния, а затем заливалась в форму и застывала при нормальной температуре. Так на свет появился паркезин — прародитель современных пластических масс.

От природных и химически модифицированных природных материалов к полностью синтетическим молекулам развитие пластмасс пришло несколько позже — когда профессор Фрейбургского университета немец Герман Штаудингер открыл макромолекулу — тот «кирпичик», из которого строятся все синтетические (да и природные) органические материалы. Это открытие принесло в 1953 году 72-летнему профессору Нобелевскую премию.

С тех-то пор все и началось… Чуть ли не ежегодно из химических лабораторий шли сообщения об очередном синтетическом материале с новыми, невиданными свойствами, и сегодня в мире ежегодно производятся миллионы тонн всевозможных пластических масс, без которых жизнь современного человека абсолютно немыслима.

Пластмассы используются везде, где только можно: в обеспечении комфортной жизнедеятельности людей, сельском хозяйстве, во всех областях промышленности. Не исключением является и автомобилестроение, где пластик используется все шире, неудержимо вытесняя своего основного конкурента — металл.

По сравнению с металлами пластмассы — очень молодые материалы. Их история не насчитывает и 200 лет, в то время как олово, свинец и железо были были знакомы человечеству еще в глубокой древности — за 3000-4000 лет до н. э. Но несмотря на это, полимерные материалы по ряду показателей значительно превосходят своего основного технологического конкурента.

Преимущества пластмасс

Преимущества пластмасс по сравнению с металлами очевидны.

Во-первых, пластик существенно легче. Это позволяет снизить общий вес автомобиля и сопротивление воздуха при движении, и тем самым — уменьшить расход топлива и, как следствие, выброс выхлопных газов.

Общее снижение веса автомобиля на 100 кг за счет применения пластмассовых деталей позволяет экономить до одного литра топлива на 100 км.

Во-вторых, использование пластмасс дает почти неограниченные возможности для формообразования, позволяя воплощать в реальность любые дизайнерские идеи и получать детали самых сложных и хитроумных форм.

К преимуществам пластмасс также можно отнести их высокую коррозионную стойкость, устойчивость к атмосферным воздействиям, кислотам, щелочам и прочим агрессивным продуктам химии, отличные электро- и теплоизоляционные свойства, высокий коэффициент шумоподавления… Словом, неудивительно, почему полимерные материалы находят столь широкое применение в автомобилестроении.

Предпринимались ли попытки создать полностью пластмассовый автомобиль? А как же! Вспомнить хотя бы небезызвестный «Трабант», выпускавшийся в Германии более 40 лет назад на заводе в Цвик-кау — его кузов был целиком изготовлен из слоистого пластика.

Для получения этого пластика 65 слоев очень тонкой хлопчатобумажной ткани (поступавшей на завод с текстильных фабрик), чередующихся со слоями размолотой крезолоформальдегидной смолы, спрессовывались в очень прочный материал толщиной 4 мм при давлении 40 атм. и температуре 160 °С в течение 10 мин.

До сих пор кузова гэдээровских «Трабантов», про которые пели песни, рассказывали легенды (но чаще сочиняли анекдоты), лежат на многих свалках страны. Лежат… но ведь не ржавеют!

Trabant. Самый популярный в мире автомобиль из пластика

Шутки шутками, а перспективные разработки цельнопластмассовых кузовов серийных авто есть и сейчас, многие кузова спортивных автомобилей целиком изготавливаются из пластика. Традиционно металлические детали (капоты, крылья) на многих автомобилях сейчас также меняют на пластиковые, например, у автомобилей Citroën, Renault, Peugeot и других.

Вот только в отличие от кузовных панелей народного «Траби», пластиковые детали современных автомобилей уже не вызывают иронической улыбки. Напротив — их стойкость к ударным нагрузкам, способность деформированных участков к самовосстановлению, высочайшая антикоррозионная стойкость и малый удельный вес заставляют проникнуться к этому материалу глубоким уважением.

Завершая разговор о достоинствах пластмасс нельзя не отметить тот факт, что хоть и с некоторыми оговорками, но все-таки большинство из них отлично поддается окрашиванию. Не имей серая полимерная масса такой возможности, вряд ли бы она снискала такую популярность.

Зачем красить пластик?

Необходимость окрашивания пластмасс обусловлена с одной стороны эстетическими соображениями, а с другой — необходимостью защищать пластики. Ведь ничего вечного нет. Пластики хоть и не гниют, но в процессе эксплуатации и воздействия атмосферных влияний, они все равно повергаются процессам старения и деструкции. А нанесенный лакокрасочный слой защищает поверхность пластика от различных агрессивных воздействий и, следовательно, продлевает срок его службы.

Если в условиях производства окрашивание пластмассовых поверхностей производится очень просто — в данном случае речь идет о большом количестве новых одинаковых деталей из одной и той же пластмассы (да и технологии там свои), то маляр в авторемонтной мастерской сталкивается с проблемами разнородности материалов различных деталей.

Вот здесь то и приходится ответить себе на вопрос: «Что вообще такое пластмасса? Из чего ее делают, каковы ее свойства и основные виды?».

Что такое пластмасса?

В соответствии с отечественным государственным стандартом:

Пластмассами называются материалы, основной составной частью которых являются такие высокомолекулярные органические соединения, которые образуются в результате синтеза или же превращений природных продуктов. При переработке в определенных условиях они, как правило, проявляют пластичность и способность к формованию или
деформации.

Если из такого сложного даже для чтения, а не только для понимания, описания убрать первое слово «пластмассами», пожалуй, вряд ли кто догадается, о чем вообще идет речь. Что ж, попробуем немного разобраться.

«Пластмассы» или «пластические массы» назвали так потому, что эти материалы способны при нагреве размягчаться, становиться пластичными, и тогда под давлением им можно придать определенную форму, которая при дальнейшем охлаждении и отверждении сохраняется.

Основу любой пластмассы составляет (то самое «высокомолекулярное органическое соединение» из определения выше).

Слово «полимер» происходит от греческих слов «поли» («много») и «мерос» («части» или «звенья»). Это вещество, молекулы которого состоят из большого числа одинаковых, соединенных между собой звеньев. Эти звенья называют мономерами («моно» — один).

Так, например, выглядит мономер полипропилена, наиболее применяемого в автомобилестроении типа пластика:

Молекулярные цепи полимера состоят из практически бесчисленного числа таких кусочков, соединенных в единое целое.

Цепочки молекул полипропилена

По происхождению все полимеры делят на синтетичес­кие и природные . Природные полимеры составляют основу всех животных и растительных организмов. К ним относят полисахариды (целлюлоза, крахмал), белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук и другие вещества.

Хотя модифицированные природные полимеры и находят промышленное применение, большинство пластмасс являются синтетическими.

Синтетические полимеры получают в процессе химического синтеза из соответствующих мо­номеров.

В качестве исходного сырья обычно применяются нефть, природный газ или уголь. В результате химической реакции полимеризации (или поликонденсации) множество «маленьких» мономеров исходного вещества соединяются между собой, будто бусины на ниточке, в «огромные» молекулы полимера, который затем формуют, отливают, прессуют или прядут в готовое изделие.

Так, например, из горючего газа пропилена получают пластик полипропилен, из которого делают бамперы:

Теперь вы наверное догадались, откуда берутся названия пластмасс. К названию мономера добавляется приставка «поли-» («много»): этилен → полиэтилен , пропилен → полипропилен , винилхлорид → поливинилхлорид и т.д.

Международные краткие обозначения пластмасс являются аббревиатурами их химических наименований. Например, поливинилхлорид обозначают как PVC (Polyvinyl chloride), полиэтилен — PE (Polyethylene), полипропилен — PP (Polypropylene).

Кроме полимера (его еще называют связующим) в состав пластмасс могут входить различные наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители и другие вещества, обеспечивающие пластмассе те или иные технологические и потребительские свойства, например текучесть, пластичность, плотность, прочность, долговечность и т.д.

Виды пластмасс

Пластмассы классифицируют по разным критериям: химическому составу, жирности, жесткости. Но главным критерием, который объясняет природу полимера, является характер поведения пластика при нагревании. По этому признаку все пластики делятся на три основные группы:

• термопласты;
• реактопласты;
• эластомеры.

Принадлежность к той или иной группе определяют форма, величина и расположение макромолекул, наряду с химическим составом.

Термопласты (термопластичные полимеры, пластомеры)

Термопласты — это пластмассы, которые при нагреве плавятся, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние.

Эти пластмассы состоят из линейных или слегка разветвленных молекулярных цепей. При невысоких температурах молекулы располагаются плотно друг возле друга и почти не двигаются, поэтому в этих условиях пластмасса твердая и хрупкая. При небольшом повышении температуры молекулы начинают двигаться, связь между ними ослабевает и пластмасса становится пластичной. Если нагревать пластмассу еще больше, межмолекулярные связи становятся еще слабее и молекулы начинают скользить относительно друг друга — материал переходит в эластичное, вязкотекучее состояние. При понижении температуры и охлаждении весь процесс идет в обратном порядке.

Если не допускать перегрева, при котором цепи молекул распадаются и материал разлагается, процесс нагревания и охлаждения можно повторять сколько угодно раз.

Это особенность термопластов многократно размягчаться позволяет неоднократно перерабатывать эти пластмассы в те или иные изделия. То есть теоретически, из нескольких тысяч стаканчиков из-под йогурта можно изготовить одно крыло. С точки зрения защиты окружающей среды это очень важно, поскольку последующая переработка или утилизация — большая проблема полимеров. Попав в почву, изделия из пластика разлагаются в течение 100–400 лет!

Кроме того, благодаря этим свойствам термопласты хорошо поддаются сварке и пайке. Трещины, изломы и деформации можно легко устранить посредством теплового воздействия.

Большинство полимеров, применяемых в автомобилестроении, являются именно термопластами. Используются они для производства различных деталей интерьера и экстерьера автомобиля: панелей, каркасов, бамперов, решеток радиатора, корпусов фонарей и наружных зеркал, колпаков колес и т.д.

К термопластам относятся полипропилен (РР), поливинихлорид (PVC), сополимеры акрилонитрила, бутадиена и стирола (ABS), полистирол (PS), поливинилацетат (PVA), полиэтилен (РЕ), полиметилметакрилат (оргстекло) (РММА), полиамид (РА), поликарбонат (PC), полиоксиметилен (РОМ) и другие.

Реактопласты (термореактивные пластмассы, дуропласты)

Если для термопластов процесс размягчения и отверждения можно повторять многократно, то реактопласты после однократного нагревания (при формовании изделия) переходят в нерастворимое твердое состояние, и при повторном нагревании уже не размягчаются. Происходит необратимое отверждение.

В начальном состоянии реактопласты имеют линейную структуру макромолекул, но при нагревании во время производства формового изделия макромолекулы «сшиваются», создавая сетчатую пространственную структуру. Именно благодаря такой структуре тесно сцепленных, «сшитых» молекул, материал получается твердым и неэластичным, и теряет способность повторно переходить в вязкотекучее состояние.

Из-за этой особенности термореактивные пластмассы не могут подвергаться повторной переработке. Также их нельзя сваривать и формовать в нагретом состоянии — при перегреве молекулярные цепочки распадаются и материал разрушается.

Эти материалы являются достаточно термостойкими, поэтому их используют, например, для производства деталей картера в подкапотном пространстве. Из армированных (например стекловолокном) реактопластов производят крупногабаритные наружные кузовные детали (капоты, крылья, крышки багажников).

К группе реактопластов относятся материалы на основе фенол-формальдегидных (PF), карбамидо-формальдегидных (UF), эпоксидных (EP) и полиэфирных смол.

Эластомеры — это пластмассы с высокоэластичными свойствами. При силовом воздействии они проявляют гибкость, а после снятия напряжения возвращают исходную форму. От прочих эластичных пластмасс эластомеры отличаются способностью сохранять свою эластичность в большом температурном диапазоне. Так, например, силиконовый каучук остается упругим в диапазоне температур от -60 до +250 °С.

Эластомеры, так же как и реактопласты, состоят из пространственно-сетчатых макромолекул. Только в отличие от реактопластов, макромолекулы эластомеров расположены более широко. Именно такое размещение обуславливает их упругие свойства.

В силу своего сетчатого строения эластомеры неплавки и нерастворимы, как и реактопласты, но набухают (реактопласты не набухают).

К группе эластомеров относятся различные каучуки, полиуретан и силиконы. В автомобилестроении их используют преимущественно для изготовления шин, уплотнителей, спойлеров и т.д.

В автомобилестроении используются все три типа пластиков. Также выпускаются смеси из всех трех видов полимеров — так называемые «бленды» (blends), свойства которых зависят от соотношения смеси и вида компонентов.

Определение типа пластика. Маркировка

Любой ремонт пластиковой детали должен начинаться с идентификации типа пластмассы, из которой изготовлена деталь. Если в прошлом это давалось не всегда просто, то сейчас «опознать» пластик легко — все детали, как правило, маркируются.

Обозначение типа пластмассы производители обычно выштамповывают с внутренней стороны детали, будь то бампер или крышка мобильного телефона. Тип пластика, как правило, заключен в характерные скобки и может выглядеть следующим образом: >PP/EPDM<, >PUR<, .

Контрольное задание : снимите крышку своего мобильного телефона и посмотрите из какого типа пластмассы он сделан. Чаще всего это >PC<.

Вариантов подобных аббревиатур может быть множество. Все рассмотреть мы не сможем (да и нет в том необходимости), поэтому остановимся на нескольких наиболее распространенных в автомобилестроении типах пластмасс.

Примеры наиболее распространенных в автомобилестроении типов пластика

Полипропилен — РР, модифицированный полипропилен — PP/EPDM

Самый распространенный в автомобилестроении тип пластика. В большинстве случаев при ремонте поврежденных или окраске новых деталей нам придется иметь дело именно с различными модификациями полипропилена.

Полипропилен обладает, пожалуй, совокупностью всех преимуществ, какими только могут обладать пластмассы: низкой плотностью (0,90 г/см³ — наименьшее значение для всех пластмасс), высокой механической прочностью, химической стойкостью (устойчив к разбавленным кислотам и большинству щелочей, моющим средствам, маслам, растворителям), термостойкостью (начинает размягчаться при 140°C, температура плавления 175°C). Он почти не подвергается коррозионному растрескиванию, обладает хорошей способностью к восстановлению. Кроме того, полипропилен является экологически чистым материалом.

Характеристики полипропилена дают повод считать его идеальным материалом для автомобильной промышленности. За свои столь ценные свойства он даже получил титул «короля пластмасс».

На основе полипропилена изготовлены практически все бампера, также этот материал используется при изготовлении спойлеров, деталей салона, приборных панелей, расширительных бачков, решеток радиатора, воздуховодов, корпусов и крышек аккумуляторных батарей и т.д. В быту даже чемоданы изготавливаются из полипропилена.

При литье большинства вышеперечисленных деталей используется не чистый полипропилен, а его различные модификации.

«Чистый» немодифицированный полипропилен очень чувствителен к ультрафиолетовому излучению и кислороду, он быстро теряет свои свойства и становится хрупким при эксплуатации. По этой же причине нанесенные на него лакокрасочные покрытия не могут иметь долговечной адгезии.

Введенные же в полипропилен добавки — чаще в виде резины и талька — значительно улучшают его свойства и дают возможность его окрашивать.

Окрашиванию поддается только модифицированный полипропилен. На «чистом» полипропилене адгезия будет очень слабой! Из чистого полипропилена >РР< изготавливают бачки омывателей, расширительные емкости, одноразовую посуду, стаканчики и т.д.

Любые модификации полипропилена, какой бы длинной не была аббревиатура его маркировки, первыми двумя буквами обозначен все равно, как >РР…<. Наиболее распространенный продукт этих модификаций — >PP/EPDM< (сополимер полипропилена и этиленпропиленового каучука).

ABS (сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола)

ABS — эластичный, но в тоже время ударопрочный пластик. За эластичность отвечает составляющая каучука (бутадиена), за прочность — акрилонитрил. Этот пластик чувствителен к ультрафиолетовому излучению — под его воздействием пластик быстро стареет. Поэтому изделия из ABS нельзя долго держать на свету и нужно обязательно окрашивать.

Чаще всего используется для производства корпусов фонарей и наружных зеркал, решеток радиатора, облицовки приборной панели, обивки дверей, колпаков колес, задних спойлеров и т. п.

Поликарбонат — PC

Один из наиболее ударопрочных термопластов. Чтобы понять, насколько прочен поликарбонат, достаточно того факта, что это материал используется при изготовлении пуленепробиваемых банковских стоек.

Помимо прочности поликарбонаты характеризуются легкостью, стойкостью к световому старению и перепадам температур, пожаробезопасностью (это трудно воспламеняющийся самозатухающий материал).

К сожалению, поликарбонаты достаточно чувствительны к воздействию растворителей и имеют склонность к растрескиванию под воздействием внутренних напряжений.

Не подходящие агрессивные растворители могут серьезно ухудшать прочностные характеристики пластика, поэтому при покраске деталей, где прочность имеет первостепенное значение (например мотоциклетного шлема из поликарбоната) нужно быть особенно внимательными и четко следовать рекомендациям производителя, а иногда даже принципиально отказываться от окрашивания. Зато спойлеры, решетки радиатора и панели бамперов из поликарбоната можно красить без проблем.

Полиамиды — PA

Полиамиды — жесткие, прочные и при этом эластичные материалы. Детали из полиамида выдерживают нагрузки, близкие к нагрузкам, допустимым для цветных металлов и сплавов. Полиамид обладает высокой стойкостью к износу, химической устойчивостью. Он почти невосприимчив к большинству органических растворителей.

Чаще всего полиамиды используют для производства съемных автомобильных колпаков, различных втулок и вкладышей, хомутов трубок, языков замка дверей и защелок.

Полиуретан — PU, PUR

До широкого внедрения в производство полипропилена, полиуретан был самым популярным материалом для изготовления различных эластичных деталей автомобиля: рулевых колес, грязезащитных чехлов, покрытия для педалей, мягких дверных ручек, спойлеров и т.д.

У многих этот тип пластика ассоциируется с маркой Mercedes. Бамперы, боковые накладки дверц, порогов практически на всех моделях изготавливались до недавнего времени из полиуретана.

Производство деталей из этого типа пластмассы требует менее сложного оборудования чем для полипропиленовых. В настоящее время многие частные компании, как за рубежом, так и в странах бывшего Союза предпочитают работать именно с этим типом пластика для изготовления всевозможных деталей для тюнинга автомобилей.

Стеклопластики — SMC, BMC, UP-GF

Стеклопластики являются одним из важнейших представителей так называемых «армированных пластиков». Они изготавливаются на базе эпоксидных или полиэфирных смол (это реактопласты) со стеклотканью в качестве наполнителя.

Высокие физико-механические показатели, а также стойкость к воздействию различных агрессивных сред определили широкое применение этих материалов во многих областях промышленности. Всем известный продукт, используемый в производстве кузовов американских минивэнов.

При изготовлении изделий из стеклопластика возможно применение технологии типа «сэндвич», когда детали состоят из нескольких слоев различных материалов, каждый из которых отвечает определенным требованиям (прочности, химстойкости, абразивоустойчивости).

Легенда о неизвестном пластике

Вот мы держим в руках пластиковую деталь, не имеющую на себе никаких опознавательных знаков, никакой маркировки. Но нам позарез нужно выяснить ее химический состав или хотя бы тип — термопласт это или реактопласт.

Потому что, если речь идет, например, о сварке, то она возможна лишь с термопластами (для ремонта термореактивных пластмасс применяются клеевые композиции). Кроме того, свариваться могут только одноименные материалы, разнородные просто не взаимодействуют. В связи с этим возникает необходимость идентифицировать пластик «no name», чтобы правильно подобрать ту же сварочную присадку.

Идентификация типа пластика — задача непростая. Анализ пластмасс производится в лабораториях по различным показателям: по спектрограмме сгорания, реакции на различные реактивы, запаху, температуре плавления и так далее.

Тем не менее, существует несколько простейших тестов, позволяющих определить приблизительный химический состав пластика и отнести его к той или иной группе полимеров. Один из таких — анализ поведения образца пластика в открытом источнике огня.

Для теста нам понадобится проветриваемое помещение и зажигалка (или спички), с помощью которой нужно осторожно поджечь кусочек испытуемого материала. Если материал плавится, значит мы имеем дело с термопластом, если не плавится — перед нами реактопласт.

Теперь убираем пламя. Если пластик продолжает гореть, то это может быть ABS-пластик, полиэтилен, полипропилен, полистирол, оргстекло или полиуретан. Если гаснет — скорее всего это поливинилхлорид, поликарбонат или полиамид.

Далее анализируем цвет пламени и запах, образующийся при горении. Например, полипропилен горит ярким синеватым пламенем, а его дым имеет острый и сладковатый запах, похожий на запах сургуча или жженной резины. Слабым синеватым пламенем горит полиэтилен, а при затухании пламени чувствуется запах горящей свечи. Полистирол горит ярко, и при этом сильно коптит, а пахнет довольно приятно — у него сладковатый цветочный запах. Поливинилхлорид, наоборот, пахнет неприятно — хлором или соляной кислотой, а полиамид — горелой шерстью.

Кое-что о типе пластика может сказать и его внешний вид. Например, если на детали наблюдаются явные следы сварки, то оно наверняка изготовлено из термопласта, а если имеются следы снятых наждаком заусенцев, значит это термореактивная пластмасса.

Также можно провести тест на твердость: попробовать срезать небольшой кусочек пластмассы ножом или лезвием. С термопласта (он более мягкий) стружка будет сниматься, а вот реактопласт будет крошиться.

Или еще один способ: погружение пластика в воду. Этот метод позволяет довольно просто определить пластики, входящие в группу полиолефинов (полиэтилен, полипропилен и др.). Эти пластмассы будут плавать на поверхности воды, так как их плотность почти всегда меньше единицы. Другие полимеры имеют плотность больше единицы, поэтому они будут тонуть.

Эти и другие признаки, по которым можно определить тип пластика, представлены ниже в виде таблицы.

P.S. В мы уделим внимание вопросам подготовки и покраски пластиковых деталей.

Бонусы

Полноразмерные версии изображений откроются в новом окне при нажатии на картинку!

Расшифровка обозначения пластмасс

Обозначения наиболее распространенных пластиков

Классификация пластиков в зависимости от жесткости

Основные модификации полипропилена и области их применения в автомобиле

Методы определения типа пластмассы

В настоящее время инженеры по всему миру ищут способы сделать наш транспорт более топливоэффективным. Этого можно добиться множеством разных способов, включая разработку более эффективных двигателей. Однако немалую роль играет и тот вес, который этим двигателям приходится перемещать. Чем легче автомобиль, тем меньше топлива требуется для его движения. Именно поэтому компания Sekisui Chemical сконцентрировала свои усилия и создала новую смолу, которая имеет прочность стали – но при этом намного легче её.

Эта смола состоит из трёх слоёв: В ней полиолефиновая пена заключена между термопластичными листами, в структуру которых интегрированы графеноподобные углеродные компоненты. В совокупности это даёт невероятно прочный и жёсткий пластик, который легко поддаётся термообработке, но сохраняет свои специфические свойства.

Sekisui Chemical сообщает, что на текущий момент этот пластик, который может штамповаться листами до 10 миллиметров толщиной, доступен в двух формах. Одна из них имеет увеличенную жёсткость и весит 3500 г/м2. Вторая имеет сниженный вес за счёт меньшей жёсткости, и весит всего 2200 г/м2. Для сравнения, лист стали аналогичной жёсткости весит 10100 г/м2.

Сочетание малого веса, термопластичности и огромной прочности делает новый пластик идеальным материалом для производства автомобилей, поездов, кораблей и даже самолётов, и Sekisui Chemical намерена сфокусироваться на этих рынках. Также у компании есть планы по апробации нового пластика в строительстве. И, разумеется, не стоит забывать, что у пластика есть ещё одно огромное преимущество перед сталью — он совершенно не подвержен коррозии и не требует тщательной защитной обработки. Это позволяет значительно экономить не только на производстве и весе, но и на его обслуживании.

Первые промышленные образцы нового материала станут доступны уже летом этого года. Если пластик действительно окажется настолько хорош, как говорят отчёты – он может произвести революцию в нескольких отраслях промышленности одновременно.

Прочные материалы имеют широкий спектр использования. Есть не только самый твёрдый металл, но и самая твердая и прочная древесина, а так же самые прочные искусственно созданные материалы.

Где используют самые прочные материалы?

Прочность этого электропроводящего волокна на разрыв выше прочности паутины паука-кругопряда в три раза. Полученный материал используется для изготовления сверхлегких бронежилетов и спортивного инвентаря. Название еще одного прочного материала – ONNEX, созданного по заказу Министерства обороны США. Кроме применения его при производстве бронежилетов, новый материал можно так же использовать в системах летного контроля, сенсорах, двигателях.

Существует разработанная учеными технология, благодаря которой прочные, твердые, прозрачные и легкие материалы получают посредством преобразования аэрогелей. На их основе можно производить облегченные бронежилеты, броню для танков и прочные строительные материалы.

Новосибирские ученые изобрели плазменный реактор нового принципа, благодаря которому можно производить нанотубулен – сверхпрочный искусственный материал. Этот материал открыли еще двадцать лет назад. Он представляет собой массу эластичной консистенции. Она состоит из сплетений, которые невозможно увидеть невооруженным глазом. Толщина стенок данных сплетений – один атом.

То что атомы как бы вложены друг в друга по принципу «русской матрешки», делает нанотубулен наиболее прочным материалом из всех известных. При добавлении этого материала в бетон, металл, пластик, значительно усиливаются их прочность и электропроводность. Нанотубулен поможет сделать машины и самолеты более прочными. Если же новый материал придет в широкое производство, то очень прочными могут стать дороги, дома, техника. Разрушить их будет очень сложно. Нанотубулен до сих пор не был внедрен в широкое производство из-за очень высокой себестоимости. Однако новосибирским ученым удалось значительно снизить себестоимость этого материала. Теперь нанотубулен можно производить не килограммами, а тоннами.

Самый твердый металл

Этот металл используют в промышленности, выплавляя хромистую сталь, нихром и так далее. Его применяют для антикоррозийных и декоративных покрытий. Хромом очень богаты падающие на Землю каменные метеориты.

Самое прочное дерево

Древесина превышает по прочности чугун в полтора раза, прочность на изгиб примерно равна прочности железа. Из-за таких свойств, железная береза вполне могла бы иногда заменять металл, ведь эта древесина не подвержена коррозии и гниению. Корпус судна, сделанный из Железной березы можно даже не красить, судно не разрушит коррозия, действие кислот ему тоже не страшно.

Березу Шмидта невозможно пробить пулей, топором ее не срубишь. Из всех берез нашей планеты долгожителем является именно Железная береза – она живет четыреста лет. Ее место произрастания – заповедник Кедровая Падь. Это редкий охраняемый вид, который занесен в Красную Книгу. Если бы не такая редкость, сверхпрочную древесину этого дерева можно было бы повсеместно использовать.

А вот самые высокие деревья в мире секвойи не являются очень прочным материалом..

Самый прочный материал во Вселенной

В скором времени графен покинет научные лаборатории. Все ученые мира говорят сегодня о его уникальных свойствах. Так, несколько грамм материала будет достаточно для покрытия целого футбольного поля. Графен очень гибкий, его можно складывать, изгибать, сворачивать рулоном.

Возможные сферы его использования – солнечные батареи, сотовые телефоны, сенсорные экраны, супербыстрые компьютерные чипы.
Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен

применение

Для супертонких гаджетов

С момента открытия графена было принято считать, что именно он изменит электронные технологии ближайшего будущего. Это подтверждалось огромным количеством патентных заявок на право его использования, поданных технологическими компаниями. Однако в 2012 году в Германии синтезировали похожий, но более перспективный материал - силицен. Графен - это слой толщиной с атом углерода. Силицен - такой же слой из атомов кремния. Многие свойства у них схожи. Силицен тоже обладает отличной проводимостью, что гарантирует повышение производительности при меньших теплозатратах. Однако
у силицена есть ряд неоспоримых преимуществ. Во-первых, он превосходит графен по структурной гибкости, его атомы могут выпирать из плоскости, что увеличивает спектр его применения. Во-вторых, он полностью совместим с уже существующей электроникой, в основе которой - кремний. Это означает, что на его внедрение потребуется намного меньше времени и денег.

Лидером производства строительных, отделочных и упаковочных материалов из грибов является молодая компания Ecovative, основатели которой нашли золотую жилу в мицелии - вегетативном теле гриба. Выяснилось, что он обладает прекрасными цементирующими качествами. Ребята из Ecovative смешивают его с кукурузной и овсяной шелухой, придают смеси необходимую форму и выдерживают её в темноте несколько дней. За это время грибной питательный орган перерабатывает пищу и связывает смесь в гомогенную массу, которую затем для прочности обжигают в печи. В результате этих нехитрых манипуляций получается лёгкий, прочный, огне- и влагостойкий экологичный материал, внешне напоминающий пенопласт. На основе этой технологии в Ecovative сейчас разрабатывают материал для бамперов, дверей и приборных панелей автомобилей Ford. Кроме того, они наладили производство небольших домов Mushroom Tiny House, полностью созданных на основе мицелия.

Материалы из грибов

применение

Для экологичного строительства
и производства мебели

Аэрогель

применение

Для теплоизоляции

Обычный гель состоит из жидкости, которой трёхмерный полимерный каркас сообщает механические свойства твёрдых тел: отсутствие текучести, способность сохранять форму, пластичность и упругость. В аэрогеле жидкость после высушивания материала до критической температуры заменяется газом. Получается вещество с удивительными свойствами: рекордно низкой плотностью и теплопроводностью. Так, аэрогель на основе графена - самый лёгкий материал в мире. Несмотря на то что 98,2% его объёма составляет воздух, материал обладает огромной прочностью и выдерживает нагрузку в 2 000 раз больше собственного веса. Аэрогель чуть ли не лучший на сегодня теплоизолятор, применяемый как в скафандрах NASA, так и в куртках для альпинистов толщиной всего 4 мм. Ещё одно его удивительное свойство - способность абсорбировать вещества в 900 раз больше собственного веса. Всего 3,5 кг аэрогеля могут абсорбировать тонну разлившейся нефти. Благодаря его эластичности и термической стойкости абсорбированная жидкость может быть выдавлена, как из губки, а остаток просто выжжен или удален испарением.

Феррофлюид - это жидкий материал, способный изменять свою форму под воздействием магнитного поля. Этому свойству он обязан тем, что в нём содержатся микрочастицы магнетита или других железосодержащих минералов. Когда к ним подносят магнит, они притягиваются к нему и толкают вместе с собой молекулы жидкости. Феррофлюид, вероятно, - самый доступный из всех представленных материалов: его можно купить в интернете или даже сделать самостоятельно. Феррофлюиды по теплоёмкости и теплопроводности превосходят все смазочно-охлаждающие материалы. Сейчас их используют в качестве жидких уплотнителей вокруг вращающихся осей жёстких дисков и в качестве рабочей жидкости в поршнях гидравлической подвески. В ближайшем будущем NASA планирует использовать их в зеркалах телескопов для того, чтобы те умели подстраиваться под атмосферные турбулентности. Плюс магнитные жидкости должны пригодиться при лечении рака. Их можно смешивать с противоопухолевыми препаратами и с помощью магнита точно вводить лекарство в поражённый участок, не вредя окружающим клеткам.

Жидкий металл

применение

Для лечения рака

Самовосстанавливающиеся материалы

применение

Для долгой жизни вещей

Самовосстанавливающиеся материалы изобретают в различных областях: строительстве, медицине, электронике. Среди самых интересных разработок - защищённый от физических повреждений компьютер. Инженер Нэнси Соттос придумала снабжать провода микроскопическими капсулами с жидким металлом. При разрыве капсула разбивается и заполняет трещину за секунды. Микробиолог Хэнк Джонкерс похожим способом продлевает срок службы дорог и зданий, подмешивая в цемент споры бактерий и питательные вещества для них. Как только в цементе появляется трещина и в неё попадает вода, бактерии пробуждаются ото сна и начинают перерабатывать корм в прочный карбонат кальция, который заполняет трещины. Новшество затронуло и текстильную промышленность. Американский учёный Марек Урбан создал прочный материал, который может самостоятельно заделывать полученные повреждения. Для этого на ткань необходимо направить концентрированный луч ультрафиолета.

В ближайшем будущем материя сможет изменять свою форму, плотность, структуру и другие физические свойства программируемым образом. Для этого необходимо создание материала, которому присуща способность обработки информации. На практике это будет выглядеть так: столик из IKEA будет собираться сам, как только его достанут из коробки, а вилка при необходимости будет легко превращаться в ложку. Уже сейчас в MIT создают предметы, которые могут менять форму. Для этого сверхтонкие электронные платы соединяются с запоминающими форму сплавами - металлами, меняющими конфигурацию под воздействием тепла или магнитного поля. Платы выделяют тепло в заданных точках, в результате чего объект собирается в задуманную учёными структуру. Так, из плоских металлических листов удалось собрать робота-насекомое. Важным направлением программируемой материи является клэйтроника, занимающаяся разработкой нанороботов, которые могут вступать в контакт друг с другом и создавать 3-D объекты, с которыми может взаимодействовать пользователь. Клэйтроника сможет предложить реалистичное чувство связности на больших расстояниях, называемое «парио». Благодаря ему можно будет услышать, увидеть и потрогать нечто, расположенное на другом конце света.

Клэйтроника

применение

Для производства вещей, способных
менять форму по требованию

Бактериальная целлюлоза

применение

Для экологичного производства одежды

28.03.2018

Понятие прочности пластмассы с точки зрения обывателя и инженера сильно отличается. Если мы говорим о бытовой прочности, то имеем в виду простое понимание по признаку "ломается - не ломается". Та же характеристика для производства, строительства, дизайна имеет множество аспектов, при изучении которых выясняется, что все материалы обладают рядом признаков, по которым можно определить их назначение и возможность использования в определенных целях.

К сожалению, указать на самый прочный полимер не получится по объективным причинам. Это объясняется тем, что физические и прочностные характеристики классифицированы по широкому ряду признаков, совокупность которых определяет понятие прочности. Это зависит от свойств самого пластика, его структуры и реакции на изменение внешних условий. Например, считается "прочной" для создания бетонных монолитов, но проявляет крайне слабую стойкость к изгибу, ломается. Аналогичные противоречия для неспециалиста можно найти в свойствах любого полимера и основанного на нем материала - пластмассы.

Характеристики прочности, твердости, упругости пластика

В понятие прочности (характера реакции на физические нагрузки) принято включать результаты испытания материала по нескольким критериям. В зависимости от того, какое усилие было приложено к образцу, можно выяснить характеристики полимера, его способность сопротивляться определенной профильной нагрузке:

прочность на сжатие - сохранение физической структуры и формы образца при сдавливании;

прочность на разрыв характеризует способность образца сопротивляться растягивающему усилию;

деформационная прочность - критерий, указывающий на способность противостоять деформации и возвращаться в исходное положение;

предел пластичности - минимальное усилие, при котором материал "потечет", потянется, не возвращаясь в исходную форму;

ударная вязкость - способность поглотить энергию удара без разрушения структуры;

твердость - величина, обратная пластичности, предел сохранения формы при усилии.

В зависимости от того, какого рода нагрузки будут восприниматься изделием в процессе производства, обработки и эксплуатации, подбирается материал с определенными свойствами. Поэтому говорить о самом прочном полимере бесполезно. ? - это вопрос, требующий комплексного ответа, рассмотрения совокупности признаков.

Прочность разных видов пластиков

Практические примеры оценки прочностных характеристик разных пластиков и пластмасс показывают, насколько сложно пересекаются их свойства при глубоком профессиональном рассмотрении.

Деформационная прочность

Полистирол, поликарбонат, полиметилметакрилат характеризуются как механически прочные материалы при различных напряжениях, но деформационная нагрузка быстро вызывает их разрушение. При значительном ударном воздействии прочность окажется низкой, но для разрушения твердого пластика потребуется значительное деформирующее усилие. Итак, твердость пластика говорит о его прочности, ограниченной ударной вязкости и хрупкости при деформации. Неспециалисту в этом легко запутаться.

Гибкость и пластичность

Полиэтилен и полипропилен относятся к группе пластичных материалов - они незначительно спопротивляются деформации, но при этом долгое время не ломаются при такой нагрузке. Эта способность характеризуется начальным модулем упругости - первоначальное сопротивление деформирующему усилию достаточно большое, но после преодоления определенного предела начинается деформация. Гибкие пластики можно характеризовать как менее прочные, но обладающие высокими показателями ударовязкости. Они хорошо поглощают энергию извне, при ударе и нагрузке, долго меняют форму, не "ломаются". Именно поэтому применяется там, где нужна высокая гибкость материала, способность выдерживать значительное усилие с сохранением формы.

Прочные волокна пластиков

Материалы типа кевлара, нейлона и углеродного волокна обладают высокой прочностью, сравнимой с твердыми пластиками, они ограниченно воспринимают ударные нагрузки, способны долго сопротивляться деформации. Главное их достоинство - способность долго сопротивляться усилию на разрыв. Именно поэтому волокна используются там, где велика вероятность нагрузки на растяжение. Пример тому кевлар, способный не разрываться при усилиях, разрывающих сталь.