Состав и свойства пластмасс

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Общие сведения

Пластическими массами называют материалы, содержащие в качестве важнейшей составной части высокомолекулярные соеди­нения - полимеры и обладающие пластичностью на определенном этапе производства, которая полностью или частично теряется после отверждения полимера.

Пластическими массами пластмассы, пластик — материалы на основе природных или синтетич. полимеров, способные приобретать заданную форму при нагревании под давлением и устойчиво сохранять ее после охлаждения. Помимо полимера, могут содержать наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, пигменты, смазки и др. компоненты.

Пластмассы получают обычно из связующего вещества и на­полнителя, вводя в состав исходной массы те или иные специальные добавки-пластификаторы, отвердители, стабилизаторы и красители.

Связующим веществом в пластмассах служат различные полиме­ры - синтетические смолы и каучуки, производные целлюлозы. Вы­бор связующего вещества в значительной мере определяет техниче­ские свойства изделий из пластмасс: их теплостойкость, способность сопротивляться воздействию растворов кислот, щелочей и других агрессивных веществ, а также характеристики прочности и деформативности. Связующее вещество - это обычно самый дорогой компо­нент пластмассы. Полимерные связующие служат основой компози­ционных материалов. Исходными материалами для получения полиме­ров являются природный газ и так называемый "попутный" газ, каменноугольный деготь, получаемый при коксовании угля, азот и кислород, получаемые из воздуха, воду и ряд других широко рас­пространенных веществ.

Наполнители представляют собой разнообразные неорганические и органические порошки и волокна. В виде наполнителей слоистых пластмасс широко применяют также бумагу, ткани, древесный шпон и другие листовые материалы. Наполнители значительно уменьшают потребность в дорогом полимере и тем самым намного удешевляют изделия из пластмасс. Кроме того, наполнители улучшают ряд свойств изделий - повышают теплостойкость, а волокна ткани и лис­товой материалы сильно повышают сопротивление растяжению и изгибу, действуя подобно арматуре в железобетоне.

Пластификаторы - это вещества, добавляемые к полимеру для повышения его высокоэластичности и уменьшения хрупкости. В виде пластификаторов могут использоваться некоторые низкомо­лекулярные высококипящие жидкости. Молекулы жидкости, проникая между звеньями цепей полимера, увеличивают расстояние и ослабляют связи между ними. Это и приводит к уменьшению вяз­кости полимера.

Отвердители - вещества, являющиеся инициаторами реакции полимеризации, уско­ряют процесс отверждения пластмасс.

Стабилизаторы способствуют сохранению структуры, и свойства пластмасс во времени, предотвращая их раннее старение при воздействии солнечного света, кислорода воздуха, нагрева и дру­гих неблагоприятных влияний.

Красители пластмасс могут быть, как органические (нигрозин, хризоидин и др.), так и минеральные пигменты - охра, му­мие, сурик, ультрамарин, белила и др.

Для производства пористых пластических масс в полимеры вводят специальные вещества - порообразователи (порофоры), обес­печивающие создание в материале пор.

Положительными свойствами пластмасс является:

- малая плотность;

- высокие прочностные характеристики - у текстолита предел прочности при разрыве достигает 150 МПа;

- низкая теплопроводность;

- высокая химическая стойкость;

- высокая устойчивость к коррозионным воздействиям;

- способность окрашиваться в различные цвета;

- малая истираемость некоторых пластмасс;

- прозрачность пластмасс;

- технологическая легкость обработки (пиление, сверление, фрезерование, строгание, обточка и др.);

- относительная легкость сварки материалов из пластмасс (на­пример, труб в струе горячего воздуха);

- способность некоторых пластмасс образовывать тонкие пленки в сочетании с их высокой адгезией к ряду материалов (производство лаков и красок).

Вместе с тем пластмассы имеют ряд недостатков:

- низкая теплостойкость (от +70 до +200°С);

- малая поверхностная твердость;

- высокий коэффициент термического расширения. Он в 2,5-19 раз более высокий, чем у стали. Это необходимо учитывать при проектировании строительных кон­струкций, особенно крупноразмерных (например, трубопроводов);

- повышенная ползучесть, особенно заметная при повышении тем­пературного режима;

- горючесть с выделением вредных газов;

- токсичность при эксплуатации.

К недостаточно изученным свойствам пластмасс следует отнести сроки их службы. Пока, за время нескольких десятиле­тий их применения, нет отрицательных результатов. Вместе с тем создаются саморазрушающиеся пластмассы, чтобы не скапливать бы­товых отходов.

ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ Различаются по эксплуатап. свойствам (напр, антифрикционные, атмосфере-, термо- или огнестойкие), природе наполнителя (напр., стекло­пластики, графитопласты), способу его расположе­ния в материале (напр, слоистые пластики, волокниты), а также по типу полимера (напр., аминопласты, белковые пластики). В зависимости от характе­ра превращений, происходящих с полимером при формовании, подразделяются на термопласты (важ­нейшие из них — П. м. на основе полиэтилена, поливинилхлорида, полистирола) и реактопласты (наи­более крупнотоннажный вид — фенопласты). Осн. методы переработки термопластов — литьё под дав­лением, экструзия, вакуумформование, пневмоформование; реактопластов — прессование и литье под давлением. Изделия из П. м. отличаются малой плотностью, высокими диэлектрич свойствами, хоро­шими теплоизоляц хар-ками, устойчивостью к атм. воздействиям, резким сменам темп-р, стойкостью в агрессивных средах, высокой механич прочностью при разл. нагрузках. П. м.— важнейшие конструкц. материалы совр. техники, используемые в машино­строении, в электро- и радиотехнике, на ж -д и др. видах транспорта, в стр-ве, а также в с. х-ве, меди­цине и быту.

Термопластичными (термопластами) называют полимеры, спо­собные обратимо размягчаться при нагреве и отверждаться при ох­лаждении, сохраняя основные свойства.

Термореактивными (или реактопластами) называют полимеры, которые, будучи отверждены, не переходят при нагреве в пластичное состояние. Следовательно, термореактивные полимеры при повыше­нии температуры ведут себя подобно древесине: при высо­котемпературном нагреве они претерпевают деструкцию (химического разложения полимера) и загора­ются.

Некоторые изделия из полимерных материалов Материалы для несущих и ограждающих конструкций

Полимербетоны - композиционные материалы, изготовляемые преимущественно на основе термореактивных полимеров: поли­эфирных, эпоксидных, фенолоформальдегидных, фурановых и др. Заполнители выбираются в зависимости от вида агрессивной среды. Для кислых сред изготовляют полимербетоны на кислотостойких за­полнителях - кварцевом песке и щебне из кварцита, базальта или гра­нита. Используют также бой кислотоупорного кирпича, кокс, антра­цит, графит. Наиболее высокие физико-механические свойства полимербетоны имеют на эпоксидных смолах. Для уменьшения расхода и стоимости эпоксидных смол их модифицируют каменноугольной смолой. Широкое распространение получили полимербетоны на фурановых полимерах.

Полимербетоны (полимеррастворы) хорошо склеиваются с це­ментным бетоном, поэтому его применяют для ремонта железобетон­ных конструкций.

Для уменьшения хрупкости полимербетона применяют волок­нистые наполнители - асбест, стекловолокна и др.

Отрицательным свойством полимербетонов яв­ляется их большая ползучесть, а также старение, усиливающееся при действии попеременного нагревания и охлаждения.

Стеклопластики - это композиционные листовые материалы, из­готовляемые из стеклянных волокон или тканей, связанных по­лимером. Связующим веществом в стеклопластиках обычно служат фенолоформальдегидные, полиэфирные и эпоксидные полимеры. Выпускают три разновидности стеклопластиков: на основе ориен­тированных волокон, рубленых волокон и тканей или матов.

Стеклопластики с ориентированными волокнами (типа СВАМ - стекловолокнистого анизотропного материала) обладают большей прочностью (при растяжении до 1000 МПа), легкостью (их плотность 1,8-2 г/см), что в сочетании с химической стойкостью делает их эф­фективным материалом для строительных конструкций, емкостей и труб.

Стеклопластики с рубленым стеклянным волокном изготовляют в виде волокнистых или плоских листов на полиэфирном связующем, обладающим светопрозрачностью. Эти изделия применяют для уст­ройства кровель, ограждений балконов, лоджий и перегородок.

Стеклопластики, изготовляемые на основе стеклянной ткани - (стеклотекстолиты), получают горячим прессованием полотнищ ткани, пропитанной термореактивным полимером, при высоком дав­лении и температуре. Стеклотекстолит идет для наружных слоев трехслойных стеновых панелей (внутренний слой панели из тепло­изоляционного материала). Этот же материал применяют для ус­тройства оболочек и других строительных конструкций.

Облицовочные полистирольные плитки - тонкие квадратной или прямоугольной формы с гладкой наружной и рифленой тыльной поверхностью. К поверхности стен плитки приклеивают полимерными или каучуковыми мастика­ми. Плитки имеют красивые расцветки, гигиеничны, водо - и химиче­ски стойки. Плитки применяют для облицовки стен санузлов и торго­вых помещений. Однако полистирольные плитки горючи, поэтому их нельзя использовать возле открытого огня (например, около газовых плит).

Отделочные полистирольные плитки ("полиформ") изготовля­ют из ударопрочного полистирола с добавлением вспенивающего компонента толщиной 8-10 мм. Панели крепят при помощи шурупов и гвоздей, используют для внутренней облицовки потолков, стен, а также для устройства передвижных перегородок и элементов интерь­ера.

Бумажно-слоистые пластики изготовляют из нескольких слоев специальной бумаги, пропитанных карбомидным полимером. Пластик выпускают в виде листов длиной 1000-3000 мм, шириной 600-1600 мм, толщиной 1-5 мм. Бумажнослойные пластики разнообразны по цвету и рисунку, хорошо обраба­тываются, - их можно пилить, сверлить, фрезеровать. Пластик тол­щиной до 1,6 мм крепят битумно-каучуковыми и другими мастиками, эпоксидными и формальдегидными клеями. Более толстые листы пластика крепят механическим способом.