Пластические массы

Пластическими массами (пластмассами) называют материалы, полученные на основе природных или синтетических полимеров.

По составу различают простые и сложные пластмассы. К простым относятся пластмассы, состоящие только из полимера (полиэтилен, полистирол и др.), к сложным – содержащие, кроме полимера, различные добавки: наполнители, красители, пластификаторы, стабилизаторы, отвердители, катализаторы (текстолит, гетинакс и др.).

Введение добавок производится с целью воздействия на межмолекулярные силы полимеров, придания им специфических свойств.

Наполнители вводятся в количестве 40…70% (по массе) для улучшения механических свойств пластмасс, уменьшения усадки при отверждении, повышения стойкости к действию различных сред, снижения их стоимости. По типу наполнителя пластмассы классифицируют на: порошковые (древесная мука, графит, тальк и др.); волокнистые (хлопчатобумажные очёсы, стекловолокно); слоистые (бумага, хлопчатобумажная или стеклянная ткань, древесный шпон); крошкообразные (кусочки ткани, древесного шпона); газонаполненные (воздух или нейтральные газы, способствующие образованию замкнутоячеистой структуры – пенопласты – или сообщающихся пор – поропласты).

Пластификаторы (камфора, дибутилфталат, олеиновая кислота и др.) вводятся в количестве 10…20% для повышения пластичности массы при повышенной температуре и придания большей упругости и морозостойкости отформованному изделию.

Стабилизаторы (крахмал, желатин, свинцовый сурик Pb₃O₄ и др.) вводятся для придания пластмассам термостабильности, замедления процессов старения.

Отвердители (органические перекиси и др.) вводятся для «сшивания» макромолекул, превращающего линейную структуру полимера в трёхмерную.

Катализаторы (оксиды кальция, магния и др.) вводятся для сокращения времени отвердевания.

По отношению к тепловому воздействию пластмассы делятся на две большие группы: термопластичные и термореактивные.

Термопластичные пластмассы (термопласты ). Основу их составляют полимеры, имеющие линейную или разветвлённую структуру. При тепловом воздействии термопласты не претерпевают химических превращений и не теряют способности к повторной переработке. Термопласты делят на неполярные и полярные.

К наиболее известным неполярным термопластам относятся полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен.

Полиэтилен (– СН₂ – СН₂ –)_n – продукт полимеризации этилена, относящийся к кристаллизующимся полимерам. По плотности подразделяется на полиэтилен низкой плотности, получаемый в процессе полимеризации при высоком давлении (ПЭВД), содержащий 55-65% кристаллической фазы, и полиэтилен высокой плотности, получаемый при низком давлении (ПЭНД), имеющий кристалличность до 74-95%.

Чем выше плотность и кристалличность полиэтилена, тем выше прочность и теплостойкость материала. Длительно полиэтилен можно применять при температуре до 60°С. Морозостойкость достигает -60°С. Это очень дешёвый, лёгкий, химически стойкий материал. Недостатком является его подверженность старению (для защиты вводят стабилизаторы и ингибиторы). Применяют для изготовления труб, литых и прессованных несиловых деталей, плёнок, ёмкостей для агрессивных жидкостей и т.п.

Полистирол (– СН₂ – СН –)_n – твёрдый, прозрачный, аморфный продукт полимериза-

½

С₆Н₅

ции стирола. Удобен для механической обработки хорошо окрашивается, растворим в стироле и бензоле, не растворим в спиртах и бензине. Полистирол – хороший диэлектрик, широко применяется в качестве электроизоляционного материала для высокочастотной техники.

Политетрафторэтилен (фторопласт-4, тефлон) (– CF₂ – CF₂ –)_n – аморфно-кристаллический полимер. До температуры 250°С скорость кристаллизации мала и не влияет на его механические свойства, поэтому длительно эксплуатировать можно только до этой температуры, выше 415°С материал разрушается. Фторопласт-4 обладает высокой химической стойкостью к кислотам, растворам щелочей, органическим растворителям, наилучшей морозостойкостью (до -195°С), хорошими антифрикционными и диэлектрическими свойствами. Из него изготавливают трубы, шланги, насосы, мембраны, уплотнительные прокладки, защитные покрытия металлов и др.

К наиболее известным полярным термопластам относятся поливинилхлорид, полиметилметакрилат, полиамиды.

Поливинилхлорид (– СН₂ – СНСl –)_n – аморфный полимер. Белое твердое вещество, плотность 1350-1430 кг/м^З, выше 10О^оС разлагается с выделением НС1. Растворим в дихлорэтане, нитробензоле и др., устойчив к влаге, кислотам, щелочам, растворам солей, нефти, углеводородам. При введении в поливинилхлорид до 10% пластификатора получают жесткий материал с высокими показателями механических свойств – винипласт, используемый в производстве антикоррозийных труб, листов, плёнок и др. При содержании до 40% пластификатора получается эластичный и морозостойкий материал – пластикат, который применяется для изготовления гибких листов, фасонных изделий, изоляций кабелей, товаров народного потребления. Дисперсии порошкообразного поливинилхлорида в пластификаторах – пластизоли. Применяется в производстве искусственной кожи, покрытий полов, обуви, перчаток. Из растворов полихлорвинила в органических растворителях получают плёнки и волокна.

Полиметилметакрилат (органическое стекло) – прозрачный бесцветный аморфный материал, более, чем в 2 раза, легче неорганического стекла, пропускает 75% ультрафиолетового излучения (силикатное – 0,5%). При 80°С оргстекло начинает размягчатся; при 105 - 150°С появляется пластичность, что позволяет формовать из него различные детали. Выпускают в виде листов толщиной от 0,8 до 24 мм. Применяется в авиации, светотехнике и др.

Полиамиды – это группа пластмасс с известными названиями: капрон, нейлон, анид и др. В составе макромолекул полимера присутствует амидная группа (– NH – CO –), а также метиленовые группы (– СН₂ –), повторяющиеся от 2 до 10 раз. Общая формула полиамидов имеет вид: – NH – CO – (CH₂)_m – NH – CO – (CH₂)_n –

Свойства разных видов полиамидов довольно близки. Они имеют низкий коэффициент трения, продолжительное время могут работать на истирание; способны поглощать вибрацию. Стойки к щелочам, бензину, спирту. Из полиамидов изготовляют шестерни, втулки, подшипники, болты, гайки, плёнки, волокна и др.

Термореактивные пластмассы (реактопласты). Основу этих пластмасс составляют полимеры, которые в процессе отверждения приобретают сетчатую структуру с высокой прочностью поперечных связей. Полимеры при этом претерпевают химические изменения и необратимо теряют способность к повторному формованию. Реактопласты относятся к сложным пластмассам: в их состав входят наполнители, отвердители и др. Для изготовления реактопластов в качестве связующих применяют фенолоформальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические и другие смолы. Основные требования к ним: высокая клеящая способность (адгезия), прочность, термостойкость, химическая стойкость, небольшая усадка, электроизоляционные свойства и др.

Реактопласты подразделяют на пресс-порошки, компаунды, волокниты и слоистые пластики.

Пресс-порошки получают на основе фенолоформальдегидных смол (фенопласты) и карбамидных смол. В качестве наполнителей применяют молотый тальк, цемент, древесную муку, сажу и др. Из пресс-порошков изготовляют электроизоляционные детали, бытовые изделия и др.

Компаунды получают на основе кремнийорганических полимеров с применением в качестве наполнителей кварцевого порошка, асбеста и т.п. Компаунды отличаются хорошими электроизоляционными свойствами, повышенной термостойкостью (до 300°С).

Фенолоформальдегидные смолы являются также основой волокнитов, асбоволокнитов и стекловолокнитов. В качестве наполнителей применяются соответственно хлопковые очёсы, асбестовое и стеклянное волокно. Волокниты имеют высокую ударную вязкость по сравнению с пресс-порошками и применяются для изготовления шкивов, маховиков и др. Асбоволокниты отличаются термостойкостью (до 200°С), хорошими фрикционными свойствами: идут для изготовления деталей тормозных устройств. Стекловолокниты применяются для изделий с повышенной механической прочностью и термостойкостью (корпусная изоляция коллекторов электромашин и т.д.).

Из конструкционных слоистых термореактивных материалов следует выделить гетинакс, текстолит и стеклотекстолит.

Гетинакс – дешёвый электроизоляционный материал, получаемый на основе фенолоформальдегидных и карбамидных смол с использованием в качестве наполнителя различных сортов бумаги. Гетинаксы применяются в электротехнике и в качестве облицовочного декоративного материала.

Текстолит – слоистый материал, полученный путём горячего прессования уложенной правильными слоями хлопчатобумажной ткани (бязь, батист, шифон, саржа и др.), пропитанной фенолоформальдегидной смолой. Имеет хорошие физико-механические свойства, масло- и бензостойкий. Применяется для изготовления прокладочных колец, шестерён, вкладышей подшипников, различных деталей в электро- и радиотехнике.

Стеклотекстолит – материал, в котором в качестве наполнителя используется стеклоткань. Хороший диэлектрик. Применяется в радиотехнике, малом судостроении и т.п.