Разнообразные устройства из пластиков
В число разнообразных устройств, изготавливаемых с применением пластика, очевидно, входят приборы и инструменты такие как: развлекательные устройства, радио и телевизионные устройства, аудиосистемы и видеосистемы, видеомагнитофоны, электронные видеоигры и так далее, а также устройства для ведения бизнеса и обустройства офиса, такие как персональные и иные компьютеры, принтеры, фотокопиры, шредеры…
На самом деле здесь имеются общие проблемы, относящиеся к корпусам, оболочкам и т. д., для производства которых часто используются стиролы.
Используются также конструкционные и специальные полимеры, но в ограниченных количествах для выполнения специальных функций, оправдывающих затраты на них. Что относится к числу разнообразных устройств К числу разнообразных устройств относятся:
- устройства для развлечения: радио, телевидение, аудиосистемы, видеосистемы, видеомагнитофоны, электронные видеоигры, и т. д.;
- устройства для ведения бизнеса или устройства офисной техники: персональные и иные компьютеры, принтеры, фотокопиры, шредер. Несмотря на их очевидную разнородность, эти различные устройства имеют некоторые общие свойства:
- эстетические свойства и устойчивость к появлению царапин;
- ударопрочность;
- размерную стабильность;
- износостойкость;
- огнестойкость для крупных объектов;
- высокое соотношение рабочих параметров и цены, которое позволяет осуществлять выбор материала в зависимости от стоимости готового продукта. Но существуют и некоторые различия между техническими компонентами, выполняющими специальные функции, и изготовленными, соответственно из материалов, относящихся к различным семействам и имеющих различные свойства. Какой полимер применять для какого устройства?
Изучение состава бытовых отходов электрических и электронных товаров (по данным о средней склонности к потреблению) наблюдается неоспоримое преобладание стиролов, которые составляют более 60% всего объема материалов.
В таблице 1 даны доли материала основных смол в составе отходов от развлекательных и компьютерных устройств. Таблица 1. Доли материала основных смол в составе отходов от развлекательных и компьютерных устройств. Смола | Доля, % | | Стиролы | 61 | | Полифениленоксид (ПФО) | 8 | | Поликарбонат (ПК) | 6 | | Прочие | 25 | | Всего | 100 |
Тем не менее, между различными стиролами имеются существенные различия для стиролов, используемых для производства:
- компьютеров и телевизоров, с одной стороны;
- стереосистем с другой стороны. Более того, разнообразие является еще более важным фактором при рассмотрении подсемейств стиролов.
В таблице 2 и на рисунке 1 показаны эти различные аспекты. Таблица 2. Подробные данные о долях материалов в составе отходов от развлекательных и компьютерных устройств. Смола | Все оборудование | Компьютеры | Телевизоры | Стереосистемы | | Доля стриролов в общем объеме материалов | | Стиролы | 61 | 73 | 87 | 34 | | Доли подсемейств стиролов в общем объеме стиролов | | Акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) | 43 | 46 | 16 | 18 | | Ударопрочный полистирол (УПС) | 31 | 14 | 84 | 82 | | ПК/АБС | 26 | 40 | - | - |
Рисунок 1a. Удельный вес в обороте рынка основных пластмасс, используемых при производстве компьютеров. 
Рисунок 1b. Удельный вес в обороте рынка основных пластмасс, используемых при производстве телевизоров.  Рисунок 1c. Удельный вес в обороте рынка основных пластмасс, используемых при производстве стереосистем.  Стиролы
Полистиролы могут образовывать сополимеры или сплавы с другими мономерами или полимерами для того, чтобы образовывать эстетически качественные, жесткие, прозрачные и/или легко поддающиеся обработке полимеры. Можно перечислить, не претендуя на то, чтобы дать исчерпывающий список:
- УПС, АБС, сополимер стирола и акрилонитрила (АС), сополимер акрилонитрила и стиролакрилата (АСА), сополимер стирола и малеинового ангидрида (МАС)…
- АБС/ПК, АБС/ПА, АСА/ПК, прозрачный АБС… Все эти подсемейства, в большей или меньшей степени, используются при производстве устройств, иногда в столь незначительных количествах, что данные даже не попадают в экономическую статистику. Баланс свойств:
- эстетических;
- устойчивости к образованию царапин;
- ударопрочности;
- размерной стабильности;
- износостойкости и устойчивости к старению;
- возможности декорирования;
- огнестойкости для крупных деталей;
- высокого соотношения рабочих параметров и цены, которое позволяет осуществлять выбор материала в зависимости от стоимости готового продукта…
- можно создавать для конкретных требований за счет выбора сополимеров, сплавов, армирования и прочих добавок. Каковы основные свойства полистирола? И как избавится от его недостатков?
Полистирол представляет собой товарную пластмассу с высоким соотношением рабочих параметров и затрат, но у него, разумеется, имеются и некоторые недостатки. В таблице 3 схематично представлены общие свойства ПС. Таблица 3. Общие свойства полистирола. Преимущества | Недостатки | | Механические рабочие параметры | Низкая ударопрочность | | Прозрачность | Ограниченная устойчивость к воздействию химических веществ, растрескивание под действием напряжения от некоторых химикатов | | Жесткость | Хрупкость | | Размерная стабильность | Ограниченная теплостойкость | | Электрическая изоляция | Ограниченная устойчивость к воздействию ультрафиолетовых лучей | | Стоимость | Пожаростойкость |
Для того чтобы свести эти недостатки к минимуму, можно использовать армирование и ингибиторы горения, как и для других полимеров, но, кроме того, различные сополимеры и сплавы позволяют оптимизировать некоторые свойства, иногда в ущерб другим рабочим параметрам. В таблице 4 предлагаются некоторые пути совершенствования свойств полистирола. Таблица 4. Общее совершенствование свойств стирольных производных по сравнению с рабочими параметрами полистирола.
| Ударопрочность | Жесткость | Теплостойкость | Устойчивость к воздействию ультрафиолетовых лучей | Устойчивость к воздействию химических веществ | | ПС | | | | | | | УПС | + | - | - | | | | АБС | + | - | | | + | | АС | | | + | + | + | | АСА | + | - | + | | | | МАС | + | | | | | | АБС/ПА | + | - | + | + | + | | АСА/ПК | + | | + | | | | АБС/ПК | + | | + | | |
Сополимер акрилонитрила и стиролакрилата – АСА, АСА/ПК могут, благодаря акрилатному каучуку (и поликарбонату для сплава), дать:
- хорошую ударопрочность;
- высокую тепловую стойкость;
- хорошую устойчивость к воздействию химических веществ;
- устойчивость к воздействию погодных условий, старению и пожелтению. АС (сополимеры стирола/ акрилонитрила) имеют:
- широкий диапазон цветов от прозрачного и дымчатого до ярких непрозрачных цветов с сильно блестящей поверхностью;
- хорошую устойчивость к воздействию химических веществ и стабильность;
- высокую прочность;
- жесткость;
- размерную стабильность. АБС:
- хорошую ударопрочность;
- термостойкость;
- отличное качество поверхности;
- цветостойкость и блеск;
- рентабельность;
- мировое распространение. Сополимер стирола и малеинового ангидрида, MАС, обладает интересным сочетанием свойств для ударопрочного термопласта:
- прозрачностью;
- ударопрочностью;
- устойчивостью к воздействию химических веществ;
- отличным качеством поверхности, блеском;
- простотой обработки. АБС/ПК за счет поликарбоната обладает:
- хорошей твердостью;
- хорошей теплостойкостью;
- хорошей ударопрочностью;
- отличной окрашиваемостью, способностью к самоокрашиванию снижению затрат, повышению производительности и конкурентоспособности;
- хорошей текучестью. АБС/ПА благодаря полиамиду обладает:
- отличной ударопрочностью;
- высоким качеством поверхности;
- простотой обработки;
- устойчивостью к воздействию химических веществ;
- хорошей теплостойкостью;
- приятными тактильными ощущениями;
- привлекательными акустическими свойствами. Сложная дилемма: высокая ударопрочность и эластичность или хрупкость и жесткость
Обычно для того, чтобы повысить ударопрочность, вводят каучук путем смешивания или при полимеризации в полистироле. Использование смешивания дает непрозрачный сплав, сополимеризация позволяет сохранить прозрачность полистирола. В обоих случаях ударопрочность сильно повышается, но также сильно снижается жесткость. Тем не менее, как показано на рисунке 2, существуют более или менее интересные решения проблемы. 
Рисунок 2. Стиролы: примеры соотношения ударопрочности и модуля упругости. В таблице 5 приведены примеры механических рабочих параметров некоторых стиролов. Для различных марок могут быть рассмотрены различные данные. Таблица 5. Примеры механических рабочих параметров некоторых стиролов Параметр | ПС | АС | УПС | АБС | АСА | | Прочность на разрыв, МПа | 60 | 80 | 30 | 45 | 56 | | Относительное удлинение при разрыве, % | 4 | 5 | 50 | 100 | 40 | | Усилие разрыва | 2,4 | 4 | 15 | 45 | 22 | | Ударная вязкость по Изоду с разрезами, Дж/м | 2,5 | 2,5 | 300 | 500 | 500 | | Модуль упругости, ГПа | 3 | 3,4 | 2,2 | 1,7 | 2,3 | | Температура допустимой деформации, °C | 80 | 90 | 90 | 90 | 80 |
Устойчивость к атмосферным воздействиям
На рисунке 3 показано сохранение ударопрочности после воздействия атмосферных явлений для трех различных марок АСА и двух марок стиролов, которые не предназначены для атмосферных воздействий. 
Рисунок 3. Примеры атмосферных воздействий: АСА менее устойчивы к атмосферным воздействиям по сравнению с другими стиролами.
Каково будущее полимеров?
Для того чтобы получить более широкое распространение в производстве устройств, пластмассы должны повысить свои соотношения рабочих параметров и стоимости, простоту обработки, производительность и способность к утилизации для повторного применения. Например:
- большая теплостойкость: миниатюризация требует повышения температур. Соответственно, необходимо использовать новые марки или новые более теплостойкие семейства;
- простота обработки: улучшение текучести и способности подвергаться обработке позволяют получить детали с более тонкими стенками и за короткие рабочие циклы, а это повышает производительность;
- низкие окончательные затраты: окраска основного материала, окрашивание в процессе работы, декорирование в процессе формования, сборка в процессе формования и приспособленная к конкретному применению конструкция снижают затраты на изготовление готового продукта и сборку;
- утилизация: должна рассматриваться с самого начала проекта за счет: простого демонтажа, выбора совместимых материалов, облегчения идентификации пластмассы. Разнообразные устройства, очевидно очень отличающиеся друг от друга, подчиняются целому ряду общих требований и производятся с использованием целого ряда полимеров, относящихся к одному и тому же семейству. При изготовлении корпусов и чехлов, львиная доля приходится на стиролы благодаря их цветовой грамме, блеску, возможности создания прозрачных деталей, но им составляют серьезную конкуренцию:
- полипропилены для более дешевых устройств;
- поликарбонаты для высококлассных товаров. Для того чтобы оптимально использовать наилучшие качества и тех и других и свести к минимуму их недостатки, был найден компромисс: создание сплавов стиролов с поликарбонатами.
Стиролы побеждают своих конкурентов за счет диверсификации сополимеров и сплавов, что позволяет оптимизировать набор свойств. Таким образом, их доля в производстве разнообразных устройств может достигнуть 60% и более. Тем не менее, полипропилен и его производные тоже развиваются и продолжают представлять собой угрозу. Конструкционные и специальные полимеры используются в небольших количествах для выполнения некоторых технических функций, которые оправдывают их стоимость. Майкл Байрон,
http://www.omnexus.com | 
