Пластмассы: виды, состав и свойства

Пластмассы. Состав, свойства, применение пластмасс

Пластмассы (пластики) представляют собой органические материалы на основе полимеров, способные при нагреве размягчаться и под давлением принимать определённую устойчивую форму.

Полимеры – это соединения, которые получаются путем многократного повторения (рис. 1), то есть химического связывания одинаковых звеньев – в самом простом случае, одинаковых, как в случае полиэтилена это звенья CH₂, связанные между собой в единую цепочку. Конечно, существуют более сложные молекулы, вплоть до молекул ДНК, структура которых не повторяется, очень сложным образом организована.

Рис. 1. Формы макромолекул полимеров

1. Компоненты, входящие в состав пластмасс

В большинстве своем пластмассы состоят из смолы, а также наполнителя, пластификатора, стабилизатора, красителя и других добавок, улучшающих технологические и эксплуатационные свойства пластмассы. Свойства полимеров могут быть в значительной степени улучшены и изменены, в зависимости от требований, предъявляемых различными отраслями техники, с помощью различных составляющих пластмассы.

Наполнители служат для улучшения физико-механических, диэлектрических, фрикционных или антифрикционных свойств, повышения теплостойкости, уменьшения усадки, а также для снижения стоимости пластмасс. По массе содержание наполнителей в пластмассах составляет от 40 до 70 %. Наполнителями могут быть ткани, а также порошкообразные и волокнистые вещества.

Пластификаторы увеличивают пластичность и текучесть пластмасс, улучшают морозостойкость. В качестве пластификаторов применяют дибутилфталат, трикрезилфосфат и др. Их содержание колеблется в пределах 10 – 20 %.

Стабилизаторы – вещества, предотвращающие разложение полимерных материалов во время их переработки и эксплуатации под воздействием света, влажности, повышенных температур и других факторов. Для стабилизации используют ароматические амины, фенолы, сернистые соединения, газовую сажу.

Красители добавляют для окрашивания пластических масс. Применяют как минеральные красители (мумия, охра, умбра, литопон, крон и т. д.), так и органические (нигрозин, родамин).

Смазочные вещества – стеарин, олеиновая кислота, трансформаторное масло – снижают вязкость композиции и предотвращают прилипание материала к стенкам пресс-формы.

2. Классификация пластмасс

В зависимости от поведения связующего вещества при нагреве пластмассы разделяют на термореактивные и термопластичные.

Термореактивные пластмассы при нагреве до определенной температуры размягчаются и частично плавятся, а затем в результате химической реакции переходят в твердое, неплавкое и нерастворимое состояние. Термореактивные пластмассы необратимы: отходы в виде грата и бракованные детали обычно используют после измельчения только в качестве наполнителя при производстве пресспорошков.

Термопластичные пластмассы при нагреве размягчаются или плавятся, а при охлаждении твердеют. Термопластичные пластмассы обратимы, но после повторной переработки пластмасс в детали физико-механические свойства их несколько ухудшаются.

К группе термореактивных пластмасс относятся пресспорошки, волокниты и слоистые пластики. Они выгодно отличаются от термопластичных пластмасс отсутствием хладотекучести под нагрузкой, более высокой теплостойкостью, малым изменением свойств в процессе эксплуатации. Термореактивные пластмассы перерабатывают в детали (изделия) преимущественно методом прессования или литьё под давлением (рис. 2).

Рис. 2. Схема и установка для получения деталей из термореактивных пластмасс

В таблице 1 приведены свойства, области применения и интервал рабочих температур некоторых термореактивных пластмасс. На рис. 3 показаны некоторые изделия из термореактивных пластмасс.

Рис. 3. Изделия, где применены термореактивные пластмассы

Технология изготовления термопластов довольно проста: гранулы засыпаются в камеру термопластавтомата, где, при необходимой температуре, переходят в текучее состояние, затем расплавленная масса попадает в специальную форму, где происходит прессование и дальнейшее охлаждение (рис. 4). Как правило, большинство термопластов может быть использовано вторично.

Рис. 4. Пресс-форма для литья пластмасс

В таблице 2 приведены свойства, области применения и интервал рабочих температур некоторых термопластичных пластмасс. На рис. 5 показаны некоторые изделия из термопластичных пластмасс.

Рис. 5. Изделия из термопластичных пластмасс

Выбор пластмассы для изготовления конкретного изделия определяется его эксплуатационными условиями. Критерии выбора разнообразны и зависят от назначения изделия. Основными критериальными характеристиками полимерных материалов являются механические (прочность, жесткость, твердость), температурные (изменения механических и деформационных характеристик при нагревании или охлаждении) и электрические. Последние отражают широкое применение пластмасс в радиоэлектронной и электротехнической отраслях. Кроме того, существенное значение приобрели триботехнические характеристики и ряд специальных свойств (огнестойкость, звукопоглощение, оптические особенности, химическая стойкость). Немаловажны также экономические условия (стоимость полимерного материала, тираж изделия, условия производства).

3. Механические свойства пластмасс

Механические свойства определяют поведение физического тела под действием приложенного к нему усилия. Численно это поведение оценивается прочностью и деформативностью. Прочность характеризует сопротивляемость разрушению, а деформативность — изменение размеров полимерного тела, вызванное приложенной к нему нагрузкой. Поскольку и прочность, и деформация являются функцией одной независимой переменной — внешнего усилия, то механические свойства еще называют деформационнопрочностными (рис. 6).

Рис. 6. Механические испытания пластмасс на деформацию прочность (слева), ударную вязкость (по центру), твёрдость (справа)

Модуль упругости является интегральной характеристикой, дающей представление прежде всего о жесткости конструкционного материала. Ударная вязкость характеризует способность материалов сопротивляться нагрузкам, приложенным с большой скоростью. В практике оценки свойств пластмасс наибольшее применение нашло испытание поперечным ударом, реализуемым на маятниковых копрах.

Твердость определяет механические свойства поверхности и является одной из дополнительных характеристик полимерных материалов. По твердости оценивают возможные пути эффективного применения пластиков. Пластмассы мягкие, эластичные, имеющие низкую твердость, используются в качестве герметизирующих, уплотнительных и прокладочных материалов. Твердые и прочные могут применяться в производстве деталей конструкционного назначения: зубчатых колес и венцов, тяжело нагруженных подшипников, деталей резьбовых соединений и пр. (рис. 7).

Рис. 7. Детали конструкционного применения из пластмасс

В таблице 3 указаны механические свойства термопластов общего назначения.

Несколько примеров по обозначению (см. табл. ниже).

4. Сварка пластмасс

Сварке подвергаются только так называемые термопластичные пластмассы (термопласты), которые при нагревании становятся пластичными, а после охлаждения принимают первоначальные вид и свойства. Кроме них, существуют термореактивные пластмассы, которые изменяют свои свойства при нагреве. Нагревать пластмассы при сварке следует не выше температуры их разложения, т. е. в пределах 140—240 °С.

Пластмассы можно сваривать различными способами:

• нагретым газом;
• контактной теплотой от нагревательных элементов;
• трением;
• ультразвуком (рис. 8).

Основные условия для получения качественного соединения пластмасс при сварке следующие:

1. Диаметр присадочного прутка не должен превышать 4 мм для достаточно быстрого его нагрева и обеспечения необходимой производительности сварки.
2. Сварку следует вести по возможности быстро во избежание термического разложения материала.
3. Необходимо точно выдерживать температуру сварки во избежание недостаточного нагрева или перегрева свариваемого материала.

На рис. 8 показано оборудование и методы сварки пластмасс.

Рис. 8. Сварочный экструдер для сварки пластмасс, полимеров

5. Другие свойства пластмасс

Химическая стойкость. Химическая стойкость пластмасс, как правило, выше, чем у металлов. Химическая стойкость пластмасс в основном определяется свойствами связующего (смолы) и наполнителя. Наиболее химически стойкими в отношении всех агрессивных сред являются фторсодержащие полимеры —фторопласты 4 и 3. К числу кислотостойких пластмасс в отношении концентрированной соляной кислоты могут быть отнесены винипласт и фенопласты с асбестовым наполнителем. Стойкими к действию щелочей являются винипласт и хлорвиниловый пластик.

Электроизоляционные свойства. Почти все пластмассы — хорошие диэлектрики. Этим объясняется их широкое применение в электро- и радиотехнике. Большинство пластмасс плохо переносит т. в. ч. и поэтому они применяются в качестве электроизоляционных материалов для деталей, которые предназначаются для работы при частоте тока 50 Гц. Однако такие ненаполненные высокополимеры, как фторопласт и полистирол, практически не меняют своих диэлектрических качеств в зависимости от частоты тока и могут работать при высоких и сверхвысоких частотах.

Повышение температуры, как правило, ухудшает электроизоляционные характеристики пластмасс. Исключение составляет полистирол, сохраняющий электроизоляционные свойства в интервале температур от —60 до +60° С, и фторопласт 4 — в интервале температур от —60 до +200°. С.

Фрикционные свойства. В зависимости от условий работы пластмассовые детали могут обладать различными по величине фрикционными характеристиками. Так, например, текстолит при малых нагрузках имеет малый коэффициент трения, что и позволяет широко использовать его вместо бронзы, антифрикционных чугунов и т. д. Коэффициент трения тормозных материалов типа КФ-3 высок, что и отвечает назначению этих материалов. Из этих двух примеров следует, что утверждение, высказанное выше, справедливо

Состав и свойства пластмасс

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

Связующие вещества

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 характеристика прочности и деформативности. Связующее вещество – это обычно самый дорогой компонент пластмассы.

Для производства полимеров имеются огромные запасы сырья. Исходными материалами для их получения являются природный газ и так называемый «попутный» газ, сопровождающий выходы нефти. В газообразных продуктах переработки нефти содержится этилен, пропилен и другие газы, перерабатываемые на предприятиях в полимеры.

Сырьем для полимеров служит также каменноугольный деготь, получаемый при коксовании угля и содержащий фенол и другие компоненты.

В производстве синте5тических материалов применяют также азот и кислород, получаемые из воздуха, воду и ряд других широко распространенных веществ.

Наполнители

Наполнители представляют собой разнообразные неорганические и органические порошки и волокна. В виде наполнителей слоистых пластмасс порошки и волокна. В форме наполнителей слоистых пластмасс широко используют также бумагу, ткани, древесный шпон и другие листовые материалы. Наполнители существенно 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

Пластификаторы – это вещества, добавляемые к полимеру для повышения его высокой эластичности 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.

При изготовлении пластмасс в их состав добавляют и другие добавки. Вещества, являющиеся инициаторами реакции полимеризации, убыстряют процесс отверждения пластмасс и их поэтому называют отвердителями. Добавки стабилизаторы способствуют сохранению структуры и свойства пластмасс во времени, предотвращая их раннее старение при воздействии солнечного света, кислорода воздуха, нагрева и других неблагоприятных влияний.

В качестве красителей пластмасс применяют как органические (нигрозин, хризоидин и др.), так и минеральные пигменты – охру, мумие, сурик, ультрамарин, белила и др.

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

Положительным свойством пластмасс является то, то возможно получить некоторые материалы с высокими показателями, например:

– малая плотность в пределах от 20 до 2200 кг/м3;

– высокие прочностные характеристики – у текстолита предел прочности при разрыв5е достигает 150 МПа, у древопластиков равен 350 МПа. Пределы прочности при сжатии этих материалов также достаточно высоки, например, у древопластиков порядка 200 МПа, у СВАМа (стекловолокнистый анизотропный материал) – 420 МПа. Пластмассы с наполнителями (как порошкообразными, так и волокнистыми) имеют предел прочности при сжатии в пределах от 120 до 160 МПа;

– низкая теплопроводность. Самые легкие пористые пластмассы имеют показатель теплопроводности всего лишь 0,03 Вт/(м*°C), т.е. близкий к теплопроводности воздуха;

– высокая химическая стойкость;

– высокая устойчивость к коррозионным воздействиям;

– способность окрашиваться в различные цвета;

– малая истираемость некоторых пластмасс. В связи с этим в первую очередь эти пластмассы целесообразно внедрять как материалы для покрытия полов;

– прозрачность пластмасс. Органические стекла пропускают менее 1% ультрафиолетовых лучей, тогда как обычные – более 70%; они легко окрашиваются в различные цвета. Так, стекло из полистирола имеет плотность 1060 кг/м3, тогда как обычное оконное стекло – 2500 кг/м3;

– технологическая легкость обработки (пиление, сверление, фрезерование строгание, обточка и др.), позволяющая придавать изделиям из пластмасс разнообразные формы. Пластмассовые конструкции и изделия поддаются склеиванию как между собой, так и с другими материалами (например, с металлом, деревом и др.). Поэтому из пластмасс можно изготовлять различные комбинированные клееные строительные изделия и конструкции;

– относительная легкость сварки материалов из пластмасс (например, труб в струе горячего воздуха) позволяет механизировать работы по монтажу пластмассовых трубопроводов;

– способность некоторых пластмасс образовывать тонкие пленки в сочетании с их высокой адгезией к ряду материалов, вследствие чего такие пластмассы незаменимы как сырье для производства строительных лаков и красок;

– наличие в стране обширной сырьевой базы для производства полимеров (природные газы, газы нефтепереработки).

Вместе с тем пластмассы имею ряд недостатков. К отрицательным свойствам большинства пластических масс нужно прежде всего отнести их низкую теплостойкость (от +70 до +200°C). Пластические массы имеют малую поверхностную твердость. Значительным недостатком пластмасс является высокий коэффициент термического расширения. Это необходимо учитывать при проектировании строительных конструкций, особенно крупноразмерных (например, трубопроводов).

Не могут быть игнорированы и другие отрицательные строительные свойства пластмасс – их повышенная ползучесть, особенно заметная при повышении температурного режима, а также некоторых из них обладают горючестью с выделением вредных газов и токсичностью при эксплуатации.

К недостаточно изученным свойствам пластмасс следует отнести сроки из службы. Между тем вопросы долговечности материалов, изменяемости их свойств во времени в значительной мере определяют их применения в строительстве.

Пластмассы для изготовления деталей: виды, свойства, применение

Пластические массы (пластмассы, пластики) — материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные под влиянием нагревания и давления формоваться в изделия сложной конфигурации и затем устойчиво сохранять приданную форму. Пластмассы подразделяются на реактопласты и термопласты.

В состав пластмасс, кроме полимера, могут входить минеральные или органические наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители, смазывающие вещества и др.

Пластмассы отличаются малой плотностью, высокими диэлектрическими свойствами, хорошими теплоизоляционными характеристиками, устойчивостью к атмосферным воздействиям, стойкостью к агрессивным средам и резким сменам температур.

Теплостойкость пластмасс невелика. Для большинства пластмасс теплостойкость по Мартенсу равна 80—140°С. Некоторые разновидности пластмасс (например, полисилоксаны) обладают теплостойкостью до 200—250°С.

Теплостойкость по Мартенсу представляет собой температуру, при которой в стандартном образце, подвергнутом действию регламентированной изгибающей нагрузки, возникают остаточные деформации. Таким образом, теплостойкость по Мартенсу характеризует стабильность формы при повышенных температурах под нагрузкой.

Во многих случаях предельная рабочая температура определяется не степенью деформации материала, а другими факторами, зависящими от условий работы детали, например, падением диэлектрических качеств с повышением температуры. Для деталей, работающих без нагрузки и при незначительных нагрузках, предельной рабочей температурой можно считать температуру, при длительном воздействии которой появляются признаки теплового перерождения материала. Эта температура может быть значительно выше температуры теплостойкости по Мартенсу.

Теплостойкость реактопластов определяют по потере массы образца при длительном нагреве при определенной температуре.

Существенным недостатком пластмасс как конструкционного материала является малая твердость (в среднем НВ 10—30) и низкие прочностные характеристики.

Предел прочности (разрушающие напряжения) на разрыв большинства пластмасс 50—100 МПа. При введении волокнистых, тканевых и слоистых наполнителей предел прочности повышается до 200—300 МПа. Наивысшей прочностью обладают пластмассы с наполнителем из стекловолокна (стекловолокниты) и стеклотканей (стеклотекстолиты), предел прочности при разрыве которых составляет 400—500 МПа, т. е. сравним с прочностью углеродистых сталей.

Другой недостаток пластмасс — низкое значение модуля упругости, обусловливающее малую жесткость изделия. Модуль нормальной упругости у большинства пластмасс Е = (1—3)·10 3 МПа. Введение наполнителей повышает модуль упругости до (7—10)·10 3 МПа. У стекловолокнитов и стеклотекстолитов Е = (1,5—3,0)10 4 МПа, что все же в 8—15 раз меньше модуля упругости стали. Ударопрочность пластмасс незначительна. Удельная ударная вязкость а_н большинства пластмасс равна 0,01—0,03 МДж/м 2 и только отдельных пластмасс (тетрафторэтилена, поликарбоната, капрона, а также стекловолокнитов) достигает 0,1—0,3 МДж/м 2 .

Недостатком почти всех пластмасс является малая стабильность формы, обусловленная малой жесткостью, мягкостью (изменение формы под действием внешних нагрузок), высоким значением коэффициента линейного расширения (изменение размеров при колебаниях температуры), быстрым размягчением при повышении температуры (у термопластов). Многие пластмассы набухают в воде, керосине, бензине и минеральных маслах. Некоторые пластмассы (политетрафторэтилен) отличаются свойством хладотекучести (ползучести). Под действием сравнительно небольших напряжении (2—5 МПа) такие пластмассы приходят в состояние текучести даже при умеренных температурах (20—60°С) и неограниченно изменяют размеры, пока действует нагрузка.

К недостаткам пластмассовых изделий следует отнести также сильное влияние режима формования на их прочностные характеристики. Отклонения от технологического режима приводят к рассеиванию прочностных характеристик в пределах одной и той же партии изделий. У деталей сложной формы наблюдается рассеивание прочностных характеристик из-за неоднородности структуры, обусловленной различием условий формирования и отверждения пластмассового материала в различных участках детали.

Большинство пластмасс при длительном воздействии повышенных или низких температур, а также при многократных резких колебаниях температуры постепенно утрачивают первоначальные свойства, теряя прочность и становясь хрупкими. Длительное облучение ультрафиолетовыми лучами (прямой солнечный свет) делает пластмассы хрупкими; окрашенные пластмассы выцветают.

Светостойкость и устойчивость к атмосферным воздействиям пластмасс в некоторой степени можно повысить введением специальных стабилизирующих добавок. Отдельные разновидности пластмасс (например, тетрафторэтилен) обладают полной устойчивостью к атмосферным воздействиям.

Композиционные пластмассы. Синтетические смолы применяют в чистом виде или с наполнителями. Наполнители вводят в виде порошков, волокон, тканей, слоистых материалов. Содержание наполнителей в изделии колеблется в пределах 20—60% по массе.

Порошкообразные наполнители вводят в состав пресс-порошков , применяемых для прессования фасонных изделий. В качестве наполнителей применяют древесную муку, каолин, молотый кварц, слюду, графит, металлические порошки и т. д. Связующим служат чаще всего фенолоформальдегидные смолы. В последнее время применяют пресс-порошки на основе аминопластов.

Введение каолина повышает прочность и вязкость, асбеста — теплостойкость, слюды и кварцевой муки — диэлектрические качества. Металлические порошки повышают теплопроводность и увеличивают прочность; порошкообразный графит улучшает антифрикционные качества.

Волокнистые наполнители (хлопковые очесы, стеклянное волокно) применяют для увеличения прочности и ударной вязкости. Наибольшее распространение среди волокнистых пластиков получили стекловолокниты, представляющие собой композицию отверждающих синтетических смол со стеклянными волокнами толщиной 5—10 мкм, обладающими большой прочностью и высоким модулем упругости. Введение стекловолокна повышает прочность пластиков в 3—4 раза.

Волокна могут быть рублеными или непрерывными, с беспорядочным или ориентированным расположением.

Максимальной прочностью обладают стекловолокниты с ориентированным волокном (стекловолокнистые анизотропные материалы СВАМ). Однако им присуща резкая анизотропия свойств: прочность в направлении волокон в 2—3 раза превышает прочность поперек волокон.

В качестве связующих применяют фенолоформальдегидные смолы, эпоксиды, полисилоксаны.

Стекловолокниты применяют для изготовления силовых оболочковых конструкций — корпусов легких судов, кабин, вагонеток, кузовов автомобилей. Из стекловолокнитов с ориентированным волокном изготовляют высокопрочные плиты и трубы.

Для изготовления изделий, от которых требуется повышенная теплостойкость, применяют асбоволокниты — композиции синтетических смол с асбестовым волокном.

Максимальной теплопроводностью обладают волокниты на основе полисилоксановых смол с кварцевым волокном.

Текстолиты получают горячим прессованием уложенных правильными слоями полотнищ хлопчатобумажной ткани, пропитанных отверждающимися синтетическими смолами.

В качестве связующих для текстолитов чаще всего применяют фенолоформальдегидные смолы с поливинилацетатом, с полисилоксаном, с эпоксидной смолой.

Слоистые пластики представляют собой опрессованные композиции синтетических смол со слоистыми наполнителями — крафт-бумагой ( гетинакс ), древесным шпоном ( древесно-слоистые пластики ДСП). В качестве связующего чаще всего применяют фенолоформальдегидные смолы. Наибольшее распространение в этой группе пластиков получили древесно-слоистые пластики, применяемые в качестве отделочного материала в строительстве, а также для изготовления силовых оболочковых конструкций. Плотность ДСП равна (1,3—1,5)·10 3 кг/м 3 , прочность на растяжение 200—300 МПа; удельная ударная вязкость 0,1—0,2 кДж/м 2 , модуль упругости (15—20)· 10 3 МПа; теплостойкость 140—160°С; водопоглощаемость 5—10%.

Из ДСП изготавливают лопасти вентиляторов, воздушных винтов, лопатки первых ступеней аксиальных компрессоров, а также подшипники, выдерживающие большие нагрузки при умеренных и средних окружных скоростях.

Пористые пластики представляют собой вспененные смолы с равномерно распределенными порами. Вспенивания достигают введением в состав формируемых синтетиков газообразователей ( порофоров ) — веществ, выделяющих при температуре формования большие количества инертного газа. В качестве газообразователя чаще всего применяют углекислый аммоний. Равномерное распределение пор обеспечивают введением эмульгирующих добавок. Поры составляют от 80 до 98% объема пластика. Степень пористости и размер пор зависят от количества вводимых порофоров и эмульгаторов, от свойств исходных смол и от режима формования.

В зависимости от характеристик исходной смолы пористые пластики могут быть жесткими или эластичными. К первым относятся пористые пластики на основе термореактивных смол (фенолоформальдегиды, аминопласты) и отверждающихся полимеров.

Эластичные пористые пластики изготовляют на основе эластичных термопластов (поливинилхлориды, полиолефины). Упругие характеристики пористых пластиков можно регулировать совмещением смол различных свойств.

Особенностями пористых пластиков являются малая плотность (0,2—0,3)·10 3 кг/м 3 , весьма низкая теплопроводность (0,36—0,72)·10 -4 Вт/(м·°С) и высокие тепло- и звукоизоляционные свойства. Прочность пористых пластиков более низкая, чем у массивных пластиков, притом в тем большей мере, чем больше пористость.

Различают две разновидности пористых пластиков: с преимущественно замкнутыми газонаполненными и с преимущественно открытыми, сообщающимися между собой порами. Первые называют пенами (или пенопластами ), вторые — г убками (или поропластами ).

Пенопласты обладают более высокой прочностью, стойкостью и более высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, более устойчивы к воздействию различных атмосфер, чем поропласты.

Поропласты из эластичных полимеров применяют главным образом в качестве амортизирующего материала, для изготовления мягких сидений, для упругой подвески приборов и т. д.

Пенопласты используют главным образом в строительстве в качестве тепло- и звукоизолирующего материала. Пенопласты этого типа изготавливают в виде готовых плит и блоков, на основе полистирола и поливинилхлоридов. Теплостойкость их равна 60—80°С.

Пенопласты используют для заполнения оболочковых конструкций с целью увеличения их прочности и жесткости. Широкое применение получили пенопласты в самолетостроении для заполнения полостей отсеков, обтекателей, элементов оперения, роторов вертолетов, поплавков гидросамолетов и т. д. Обеспечивая связь между стенками конструкции, пенопластовое заполнение способствует равномерной передаче рабочих нагрузок на силовые оболочки, резко увеличивает жесткость и устойчивость конструкций и позволяет сократить число внутренних металлических связей (нервюр и стрингеров), а во многих случаях совершенно исключить их.

Для изготовления оболочковых конструкций обычно применяют самовспенивающиеся пластики в виде полужидких смесей смол с порофорами, эмульгаторами и отвердителями. Смесь заливают в полость между стенками конструкции и подвергают нагреву, в результате чего происходит вспенивание и отверждение пластика. Самовспенивающиеся массы для оболочковых конструкций должны обладать высокой адгезией к металлу, прочностью и жесткостью. Так как прочность пенопластов зависит от степени пористости, применяют пористость не выше 80—90% [плотность (0,2—0,3)·10 3 кг/м 3 ].

Самовспенивающиеся пластики изготовляют преимущественно на основе фенолоформальдегидных смол и фенолокаучуковых композиций. Применяют также пластики на основе полиуретанов и полисилоксанов. Теплостойкость полисилоксановых пенопластов достигает 150°С.

Для создания легких, прочных и жестких конструкций применяют также сотопласты , получаемые соединением тисненных по форме пчелиных сот хлопчатобумажных или стеклянных тканей, пропитанных термореактивными или отверждающимися смолами. Размеры сот 8—12 мм.

Наибольшей прочностью и жесткостью обладают металлические соты, получаемые склеиванием тисненой фольги из алюминиевых или магниевых сплавов, предварительно покрытой пленкой из фенолнеопреновых клеев или клеев из модифицированных эпоксидов. Эти же клеи служат для присоединения к сотам покровных оболочек.

Механическая обработка большинства пластмасс затруднительна, так как присущая им износостойкость вызывает быстрое затупление режущего инструмента. Изделия из пластмасс обрабатывают твердосплавным или алмазным инструментом при высоких скоростях резания и малых подачах. По качеству поверхности и прочности механически обработанные изделия уступают прессованным и литым.

Таким образом, изделия из пластмасс — это преимущественно изделия массового производства, где оправдано применение дорогостоящих пресс-форм, прессового оборудования и литейных машин. Единичное изготовление изделий из пластиков непроизводительно и невыгодно. Исключение составляет лишь процесс изготовления крупногабаритных оболочковых конструкций из стекловолокнистых пластиков. Этот процесс плохо поддается механизации и осуществляется в индивидуальном порядке с применением ручного труда.

Положительной особенностью пластмасс является легкость включения металлической арматуры при прессовании или литье под давлением. Это обеспечивает возможность создания пластико-металлических конструкций.

Многие пластмассы (аминопласты, полистиролы, поливинилхлориды, полиметилметакрилаты) в исходном состоянии прозрачны или имеют белый цвет и хорошо поддаются окраске.

Области применении пластмасс. Пластмассы — важнейшие конструкционные материалы современной техники. Основные области применения — это электротехника, радиотехника и химическое машино- и приборостроение.

Износостойкие пластмассы типа полиамидов и полиолефинов применяют для изготовления направляющих прямолинейного движения в металлорежущих станках. При условии защиты от абразивных веществ (металлических опилок, пыли, грязи и т. д.) пластмассовые направляющие могут длительно работать даже в условиях малой смазки.

Низкие механическая прочность и жесткость, малая стабильность формы — факторы, ограничивающие применение пластмасс для силовых деталей. Для таких деталей главным образом используют стеклопластики. Из них делают крупногабаритные конструкции оболочкового типа.

Пластмассы применяют для изготовления сепараторов подшипников качения. Сепараторы непосредственно отпрессовывают или же отливают под давлением. Конечная отделка состоит только в удалении заусенцев, причем их удаляют не механически (остающиеся мелкие частицы могут повредить подшипник при эксплуатации), а другими способами, из которых наиболее приемлемым является обжигание пламенем. Сепаратор должен иметь устойчивые размеры, и поэтому производят так называемую стабилизацию материалов (кипячение в масле и т. п.).

Ранее для изготовления сепараторов применяли только слоистые пластики с тканевым наполнителем (текстолиты). В настоящее время применяют главным образом тефлон (политетрафторэтилен), иногда пористый тефлон, который после пропитки маслом становится самосмазывающимся. Широко распространены сепараторы подшипников с тонкослойным антифрикционным покрытием из пластмасс. Толщина покрытия не должна превышать 0,3 мм. Чтобы понизить трение, пластмассы, применяемые для сепараторов, обычно наполняют графитом или двусернистым молибденом.

Особенности видов пластмасс, таблица и разновидности пластика

Использование искусственных материалов с момента их открытия набирает всё большую популярность. К ним относятся и пластмассы, первая из которых была изобретена в 1855 году. Тогда перед англичанином Александром Парксом стояла задача найти аналог слоновой кости, применяемой при изготовлении шаров для бильярда. За более чем полтора века благодаря открытиям ученых появилось множество различных видов пластмасс.

1. Определение и классификация пластмасс
2. Маркировка изделий
3. Прочие виды

Определение и классификация пластмасс

Пластмассы — материалы на основе высокомолекулярных органических или синтетических соединений, образованные в результате превращения природных продуктов или их синтеза. Такие материалы принимают заданную форму под воздействием температур и давления, а после охлаждения сохраняют её.

В зависимости от свойств и характеристик существует разделение видов пластмасс на группы. По взаимодействию с высокими температурами пластмассы разделяют:

1. Термореактивные (реактопласты) — при повторном нагревании после изготовления теряют свойство плавиться и свои качества. Имеют высокую теплостойкость. К реактопластам относят материалы на основе таких смол, как карбамидо-формальдегидные, полиэфирные, эпоксидные и фенолформальдегидные.
2. Термопластичные — теплостойкость и прочность таких пластмасс незначительна, при нагревании они вновь становятся пластичны и размягчаются. К термопластам относятся: сополимер стирола, полиоксиметилен, полиметилметакрилат, поливинилацетат и другие.
3. Эластомеры — нерастворимы и неплавкие, как и термореактивные пластмассы. Отличаются эластичностью и гибкостью даже при повышенных температурах. К этой группе относятся силиконы, каучуки, полиуретан.

Вместе с перечисленными типами применяют их смеси, именуемые «бленды» (blends). В таких случаях характеристики материала зависят от используемых пропорций.

Физико-механические свойства определяют принадлежность материала к эластикам или пластикам. Эластики поддаются деформации и растяжению и способны восстанавливать форму. Пластики же разделяют на три вида:

1. Мягкие. Имеют низкий модуль упругости и обратимую деформацию.
2. Полужесткие. Упругие материалы со средним модулем упругости, имеют кристаллическую структуру.
3. Жёсткие. Твёрдые материалы, модуль упругости высокий, структура аморфная.

По факту использования дополнительных компонентов или их отсутствия пластмассы бывают гомогенными, имеющими однородную структуру, и гетерогенными, имеющие в составе другие вещества. Последние разделяются на несколько групп:

1. Ненаполненные. Имеют в составе полимер, пластификатор и стабилизатор.
2. Газонаполненные. При их производстве используют газообразующие вещества и различные газы.
3. Наполненные. Имеют порошкообразные, волокнистые или слоистые наполнители.

По происхождению полимера, выступающего основой, пластмассы разделяют на синтетические или природные. К природным полимерам относят полисахариды, нуклеиновые кислоты, белки, натуральный каучук и другие. Сырьём для синтетических служат уголь, природный газ и нефть.

Маркировка изделий

Обозначение типа и особенностей материала принято наносить в виде штампа на тыльной части рядом с датой изготовления. Для маркировки используют характерные скобки или символ треугольника, составленного из трёх стрелок. В скобках указывается основной компонент, его вариант, наполнители или усилители и доля их содержания. Обозначение с помощью треугольного символа включает в себя буквенное сокращение заглавными латинскими буквами под символом и числовой идентификационный код разновидности пластмассы внутри треугольника. Разобраться, какие бывают пластмассы, и определить их маркировку поможет таблица международных кодов утилизации:

1. ​Полиэтилентерефталат. Применим при производстве тары для воды и соков, обивки, упаковочных материалов. Обозначается PET.
2. Полиэтилен высокой плотности. Из него изготавливают одноразовую посуду, игрушки, пищевые контейнеры. Маркируется как PE HD или HDPE.
3. Поливинилхлорид. Широко применяется в производстве напольных покрытий, деталей мебели, труб, оконных профилей. Содержание винилхлорида исключает его применение для предметов, контактирующих с пищей.
4. Полиэтилен с маркировкой PEBD и BD PE. Имеет низкую плотность, из него делают компакт-диски, мусорные и другие пакеты, брезентовые покрытия, линолеум.
5. Полипропилен. Материал используется для производства упаковок, различных труб, игрушек. Применим в автомобилестроении. Маркировка — PP.
6. Полистирол. PS. Из него производят теплоизоляционные покрытия, игрушки, ручки, изоляционные плёнки.
7. Под этим номером, согласно международным кодам, располагается группа пластмасс, не включённых в предыдущие группы и имеющих обозначение OTHER или О. В большинстве случаев это материалы из поликарбоната, который может иметь в составе бисфенол-А. Это вещество способно выделяться при нагревании, а попадая в организм человека, может вызвать гормональный сбой.

Прочие виды

Существует ряд материалов, не включённых в приведённую таблицу видов пластмасс, но также относящиеся к пластику. Большая их часть создана при помощи добавления тканей, асбеста, стекловолокна.

Так, в строительстве используют полимербетоны, представляющие собой композиционную пластмассу с волокнистыми наполнителями, компенсирующими хрупкость. Наиболее качественными считаются такие смеси на основе эпоксидных смол. Ещё один распространённый вид стройматериалов — стеклопластик. Его основой выступают специальные ткани или волокна, связанные полимером. Упомянутые эпоксидные смолы, которые тоже относятся к пластику, применяются в радиотехнике, они служат изоляционным материалом в трансформаторах и других электрических приборах.

Ввиду ряда преимуществ пластмассы заменяют множество изделий из металла, дерева и не только. Его применение в разных отраслях — быту, на производстве, в медицине — делает его одним из наиболее распространённых материалов.

Термопластавтоматы Chen Hsong

Классификация пластмасс

Классификация пластмасс

Пластмассы (пластические массы, пластики) — это органические материалы на основе синтетических или природных соединений с высокой молекулярной массой (полимеры). В современном мире особенно широко используются пластмассы на основе синтетических полимеров, основным сырьем для их производства является этилен. Виды пластика, его маркировка и области использования очень разнообразны.

Свойства пластмасс

Пластиковые изделия обладают рядом определенных характеристик:

• Пластик это материал, из которого могут быть изготовлены детали сложной формы.
• Изделия из пластика отличаются экономичностью по сравнению с аналогичными изделиями из других материалов, благодаря низкому энергопотреблению при производстве и легкости формирования.
• Почти все виды пластмассовых изделий не нуждаются в дополнительной окраске.
• Готовые изделия имеют небольшой вес, высокую эластичность, низкую теплопроводность, являются диэлектриками.
• Полимерные материалы имеют высокую степень звукоизоляции.
• Не подвержен коррозии, в отличие от металлов.
• Обладают устойчивостью к изменениям дневных и межсезонных температур, а также ко многим агрессивным химическим средам.
• Многие пластики могут выдерживать воздействие сильных механических нагрузок.

Области применения

Пластмассы могут превосходно заменить функцию гораздо более дорогих металлических, деревянных или бетонных изделий. Этот материал используется повсеместно в повседневной жизни, а также в промышленности:

• В наземных, морских и воздушных перевозках использование пластиковых деталей машин значительно снижает их вес и стоимость.
• В строительстве используются пластиковые опорные конструкции, отделочные и укрывные материалы, вентиляционные устройства, тенты, панели, двери, окна, рабочие инструменты и т. д.
• В медицине большинство аппаратов и устройств состоят из пластиковых деталей и частей.
• В электронике для изготовления корпусов приборов, их деталей и т. д., используются многие виды пластмасс.

Маркировка пластика

Разновидности пластмасс

Вид пластика и область его применения основаны на том, какой полимер является базовым, синтетический или натуральный. Полимерные материалы могут быть термопластичными (обратимая форма) и термореактивными (необратимыми). Все чаще пластики являются основой для разработки новых синтетических материалов. Кроме того, в каждой области совершенствуются различные виды пластика (от бытового до специализированного), приобретая новые качества и свойства. Улучшение основных рабочих параметров определяется именно повышенными требованиями к использованию материала в новых условиях. Тем не менее, традиционные виды, которые имеют тот же набор технических и физических свойств, также сохраняются.

PET (PETE). Также обозначается как полиэтилентерефталат — один из самых популярных видов пластика, чаще всего встречается в форме одноразовой бутылки. Он также используется для изготовления других одноразовых предметов: посуды, контейнеров и т. д. Этот тип пластика привлекателен благодаря своей простой и недорогой технологии производства, а также низкой стоимости. Хотя ПЭТ-пластики считаются экологически чистыми, важно учитывать условия выделения токсичных веществ. О полной пищевой безопасности этого пластика можно говорить только при первом использовании, вторичное использование будет сопровождаться выделением опасного вещества — фталата. Тем не менее, допускается вторичная переработка.

HDPE (PE HD). Это полиэтилен низкого давления и высокой плотности. Практичный, долговечный и экологически чистый материал, широко используемый при производстве упаковки для моющих средств, бутылок, пакетов и т. д. Относительно безопасен, но может выделять токсичное вещество (формальдегид).
Пластик HDPE все чаще рассматривается как основа для более технологической модификации — UHMW PE. Это сверхвысокомолекулярный полиэтилен, преимущества которого включают еще более высокую прочность и пониженный коэффициент трения. В дополнение к бытовому использованию некоторые сплавы UHMW PE используются в производстве труб, электроизоляции, экранирования, корпусов лодок и т. д.

PVC (V). Поливинилхлорид (ПВХ) можно назвать универсальным пластиком. Он используется в промышленности, в быту, в строительстве, в медицине и в других областях. Если мы посмотрим на виды и применение ПВХ-пластиков с точки зрения экологической безопасности, существуют значительные ограничения. Химические вещества, выделяемые поливинилхлоридом, могут быть опасны для человека, поэтому ПВХ практически не используются для производства емкостей для пищевых продуктов. Аналогичные ограничения распространяются на строительный сектор. Пластик этого типа очень практичен, не боится солнечного света, устойчив к истиранию и долговечен. Соответственно, практически все виды ПВХ пластика с таким набором свойств можно использовать в качестве отделочного строительного материала, исключения составляют кухни, детские комнаты и спальни.

LDPE (PEBD). Является противоположностью пластику HDPE. Это материал высокого давления с низкой плотностью, который чаще всего используется для мусорных мешков и бутылок. Также используется для производства напольных покрытий, таких как линолеум. Этот материал практичен, но ограничен токсичной небезопасностью. Этот пластик может выделять формальдегид, в зависимости от применения. Как правило, современные типы пластиков LDPE пригодны для вторичной переработки, что делает их популярными среди производителей.

PP. Пполипропилен — материал средней плотности с очень высокой термической и химической стойкостью. Он характеризуется чувствительностью к свету и кислороду, но он полностью защищен от коррозионных процессов, то есть его можно использовать в условиях тесного контакта с водой. Сферы применения полипропилена довольно обширны — это водопроводные трубы, изоляционные материалы, упаковочная тара, посуда и т. д. Пластмассы PP также используются в качестве герметиков, клейких пленок и покрытий садовых дорожек. Включение новых модифицирующих добавок в технологии производства полипропилена расширяет область его использования.

PS. Полистирол не обладает высокой механической прочностью, поэтому его использование в строительных конструкциях возможно только при определенных условиях. Материал характеризуется высокими светопропусканием, морозостойкостью и диэлектрическими свойствами. Различные типы PS-пластика, включая сополимеры и стиролы, широко используются в качестве контейнеров и посуды. Однако эти изделия нельзя нагревать, так как они начинают выделять опасные токсичные вещества. Не рекомендуется для повторного использования. В случае горения выделяет ядовитый стирол.

O (OTHER). Сюда относятся полиамид, поликарбонат и другие виды пластмасс. Они используются в производстве прецизионных деталей машин, радио и электроники, оборудования, а также в производстве бутылок для воды, игрушек, детских бутылочек и упаковки. Частое нагревание или мытье выделяет вещество (бисфенол А).

К термореактивным пластикам (реактопластам) относятся:
Фенопласт. Используется для изготовления вилок, розеток, пепельниц, корпусов мобильных телефонов, радиоаппаратуры.
Аминопласты. Они используются в производстве электрических деталей, клеев, пеноматериалов, украшений.
Стекловолокниты. Часто используются в машиностроении для изготовления крупногабаритных изделий простых форм (лодки, кузова автомобилей, корпуса приборов) и силовых деталей электронных приборов.
Полиэстеры. Используются для создания деталей для автомобилей, лодок, корпусов летательных аппаратов, кровельных материалов, мебели, удочек, лыжи и палки, защитные шлемы и пр.
Эпоксидная смола. Используется в качестве изоляционного материала в трансформаторах, электрических машинах, в радиотехнике.

Пластик является незаменимым материалом, занимая самые разные ниши и сферы применения. Этот материал уникален прежде всего своей эксплуатационной гибкостью. Технологи могут разрабатывать самые разнообразные соединения, наделяя их определенным набором технических и физических качеств.

Пластмасса, виды, типы и маркировка пластика

Пластмасса, виды, типы и маркировка пластика.

Пластмасса или пластик является пластичным материалом, состоящим в основном из макромолекул – больших молекул с повторяющимися структурными единицами и высокой молекулярной массой. Макромалекулы являются составляющими полимеров, которые могут быть природного или синтетического происхождения.

Пластмассы – это широкий спектр синтетических или полусинтетических органических соединений, обладающих пластичностью – способностью необратимо деформироваться и сохранять новую форму в твердом состоянии.

Изделия из пластмассы могут быть произведены из синтетического пластика, который создают на основе нефтепродуктов, или биопластика, который производится в основном из возобновляемых растительных материалов.

Основные свойства пластмасс: податливость, твердость, эластичность, прочность на разрыв, термостойкость и химическая стойкость. Они могут варьироваться в больших пределах в зависимости от выбора макромолекул, способа производства и применяемых добавок.

Группы пластмасс:

Относительно механическо-термического поведения пластмассы делятся на три большие группы: термопласты, термореактивные пластмассы или реактопласты и эластомеры.

Термопласты составляют основную группу пластмасс, которые используются на сегодняшний день. Они состоят из несвязанных полимеров, часто с частичной кристаллической структурой.

Их особенностью является то, что они могут многократно проходить цикл перехода в расплавленное состояние и обратно – принимать твердую форму. Причиной данной особенности являются нитевидные линейные макромолекулы.

Кроме того, части изделий из группы термопластов могут быть соединены с помощью метода сварки. А для создания новых, ранее не существующих свойств можно смешивать два или более совместимых друг с другом термопластов.

Термореактивные пластмассы состоят из тесно взаимосвязанных ковалентными связями полимеров. В отличии от термопластов они не имеют возможности многократно расплавляться и восстанавливать твердую форму, вместо этого, при нагревании они разрушаются без возможности расплавиться.

Эластомеры состоят из полимеров с широкой сеткой, что позволяет растягивать материал.

Особенностью эластомеров является их способность достаточно быстро восстанавливать свою первоначальную форму после воздействия на них давления или растяжения. При этих воздействиях они ненадолго изменяют свою форму. Примером изделия из группы эластомеров является резинка.

Кроме обычных эластомеров могут быть термопластичные, жидкокристаллические и магнитореологические.

Основные типы пластмасс:

Производство пластиковых изделий может включать в себя следующие типы пластмасс:

Поликарбонат (PC) – термопластичные полимеры, содержащие карбонатные группы в своей химической структуре. Они отличаются высокой прочностью, жесткостью и твердостью. Кроме того, поликарбонаты являются хорошими изоляторами против электрического тока.

Полиэстер (PES) – полимеры, которые содержат функциональную группу эфира в своей основной цепи. Этот материал широко используется в производстве одежды.

Полиэтилен (PE) – это термопластичный пластик, изготовленный путем цепной полимеризации этилена. Полиэтилен обладает высокой устойчивостью к кислотам, щелочам и другим химическим веществам.

• полиэтилен высокой плотности (HDPE),
• полиэтилен низкой плотности (LDPE),
• полиэтилентерефталат (PET).

Полипропилен (PP) – термопластичный полимер, который производится путем цепной полимеризации из мономера пропилена. Его свойства аналогичны свойствам полиэтилена, но он более твердый и жаростойкий.

Полиамиды (PA) – линейные полимеры с регулярно повторяющимися амидными связями вдоль основной цепи. Синтетические полиамиды широко используются в текстильной и автомобильной промышленности за счет высокой прочности и долговечности.

Полистирол (PS) – синтетический термопластичный полимер, изготовленный из мономера, известного как стирол. Полистирол может быть твердым или вспененным. Без модификаций он имеет низкую температуру плавления, является хрупким. За счет модификации можно получить ударопрочный полистирол (HIPS).

Полиуретаны (PU) –представляет собой полимер, состоящий из органических звеньев, соединенных карбаматными (уретановыми) связями. Свойства ПУ можно варьироваться в широком диапазоне. При нужных условиях можно получать термореактивные пластмассы, термопласты или эластомеры.

Поливинилхлорид (PVC) – термопластичный полимер, полученный путем цепной полимеризации из винилхлорида. Чистый поливинилхлорид представляет собой хрупкое твердое вещество. Он нерастворим в спирте, но слабо растворим в тетрагидрофуране. Пластмассы из ПВХ делятся на твердые и мягкие. Твердый ПВХ используется, например, для изготовления оконных профилей, труб, а мягкий содержит пластификаторы, которые придают пластичность, что позволяет изготавливать, например, бутылки, оболочки для кабелей и т.п.

Акрилонитрилбутадиенстирол (ABS) – термопластичные терполимеры, в которых к основной цепи на основе полибутадиена присоединены боковые цепи сополимера стирола-акрилонитрила (SAN) с помощью ковалентной связи.

Маркировка пластика:

Типы пластмасс можно идентифицировать на основе 7 кодов, которые обычно находятся на основании или сбоку пластиковых изделий.

Пластмассы, основные виды, их свойства и применение

Пластмассами называют материалы, получаемые на основе природных или синтетических полимеров, которые на определенной стадии производства или переработки обладают высокой пластичностью.

Пластмассы широко применяются практически во всех отраслях народного хозяйства, что обусловлено наличием у различных видов пластмасс широкого спектра полезных свойств.

Пластмассы получаются синтезом (соединением) молекул простых органических и неорганических веществ (мономеров) с получением больших макромолекул – полимеров (“поли”– много).

В зависимости от поведения при нагревании пластмассы делятся на термопластичные и термореактивные.

Пластмассы, свойства и строение которых после нагревания и последующего охлаждения не изменяются, называются термопластичными – каждый раз при нагревании они размягчаются, а при охлаждении затвердевают, не изменяя своих свойств, поэтому могут перерабатываться многократно. Полимеры, которые при нагревании или охлаждении необратимо изменяют структуру, теряя способность плавиться и растворяться, называются термореактивными. Эти полимеры могут обрабатываться однократно.

Для придания пластмассе различных полезных свойств в ее состав вводят наполнители, пластификаторы и различные добавки.

Наполнителями служат органические или неорганические вещества в виде порошков (древесной или кварцевой муки, графита), волокон (бумажных, хлопчатобумажных, асбестовых, стеклянных) или листов (ткани, слюды, древесного шпона). Наполнители повышают прочность, теплостойкость, износостойкость и другие свойства пластмасс.

Пластификаторами называют вещества, вводимые в состав пластмасс с целью повышения их пластичности и эластичности.

К добавкам откосятся вещества, замедляющие разрушение пластмасс при воздействии тепла, света и других факторов. Для изменения цвета пластмассы в нее добавляют красители.

По происхождению пластмассы делятся на природные и синтетические. К природным полимерам относятся материалы, созданные на основе целлюлозы (продукта переработки древесины и хлопка) – целлофан, целлулоид, ацетатное волокно, нитролаки, кинопленка и др.

Экономически наиболее эффективными являются синтетические пластмассы, получаемые полимеризацией или поликонденсацией.

Полимеризацией называется процесс образования высокомолекулярных соединений – полимеров, при котором макромолекулы образуются путем последовательного соединения молекул низкомолекулярного вещества – мономера, при этом не происходит образование каких-либо побочных продуктов.

Поликонденсацией называется процесс образования высокомолекулярных соединений не менее чем из двух мономеров, проходящий с выделением низкомолекулярных продуктов (низкомолекулярных веществ – воды, спирта и т. д.).

Широкое применение пластмасс определяется их ценными физическими и химическими свойствами. Для органических полимеров и пластмасс на их основе характерна низкая плотность, что определяет их широкое использование в авиа-, авто-, ракето- и судостроении.

Многие пластмассы отличаются высокой химической стойкостью. Они не подвержены электрохимической коррозии, на них не действуют слабые кислоты и щелочи. Некоторые из пластмасс (фторопласты, поливинилхлориды, полиолефины и др.) находят применение в химическом машиностроении, в ракетостроении, служат для защиты металлов от коррозии. Большинство пластмасс безвредно в санитарном отношении.

Пластмассы обладают высокими диэлектрическими свойствами и широко применяются в электро-, радиотехнике и радиоэлектронике.

Пластмассы имеют низкую теплопроводность (в 70–220 раз ниже теплопроводности стали), что позволяет их использовать в качестве теплоизоляторов.

Механические свойства пластмасс находятся в широком диапазоне. В зависимости от вида они могут быть твердыми и прочными или же гибкими и упругими. Ряд видов пластмасс по механической прочности превосходит чугун и бронзу.

Многие пластмассы обладают высокой морозостойкостью и теплостойкостью (например, фторопласт может применяться при температурах от –269 до +260°С).

Хорошие антифрикционные свойства одних видов пластмасс позволяют применять их для изготовления подшипников скольжения, высокий коэффициент трения других видов позволяет их использовать для изготовления деталей тормозящих устройств.

Пластмассы обладают хорошей восприимчивостью к окрашиванию. Некоторые пластмассы могут быть изготовлены прозрачными, не уступающими по своим оптическим свойствам стеклу. При этом пластмассы, в отличие от стекла, пропускают ультрафиолетовые лучи.

Пластмассы обладают хорошими технологическими свойствами – при обработке хорошо льются, прессуются, обрабатываются резанием. Изделия из пластмасс изготавливают способами безотходной технологии (без снятия стружки) – литьем, прессованием, формованием с применением невысоких давлений в вакууме.

Недостатком пластмасс являются: малая прочность, жесткость и твердость, большая ползучесть, особенно у термопластов, низкая теплостойкость (для большинства пластмасс температура составляет от -60° до +200°), старение, плохая теплопроводность. Однако положительные свойства пластмасс несравнимо выше их недостатков, поэтому их применение очень высокое и непрерывно растет. Рассмотрим наиболее часто применяемые виды пластмасс.

Основные виды термопластичных пластмасс, их свойства и применение

Из полимеризационных пластмасс наиболее широко используются: полиэтилен, полипропилен, полистирол, винипласт, фторопласт и полиакрилат.

Полиэтилен. Полиэтилен является продуктом полимеризации этилена. Его получают при крекинге нефти, из коксового газа, из этилового спирта.

Полиэтилен выпускается в виде пленок толщиной 0,03–0,3 мм, шириной 1400 мм и длиной до 300 м, а также в виде листов толщиной 1–6 мм и шириной до 1400 мм. Полиэтилен обладает исключительно высокими диэлектрическими свойствами, поэтому находит широкое применение при изготовлении кабельной изоляции, деталей для радиоаппаратуры, телевизионных и телеграфных установок. Вследствие водонепроницаемости и химической стойкости (при температурах до 60°С он стоек против соляной, серной, азотной кислот, растворов щелочей и многих органических растворителей) полиэтилен применяют для изготовления деталей химической аппаратуры, нефте- и газопроводов, цистерн, им выстилают каналы оросительных сетей. Полиэтилен нетоксичен, поэтому из него изготавливают пленку для хранения пищевых продуктов, применяют для изготовления предметов домашнего обихода. Так как полиэтилен прозрачен, то его применяют в качестве заменителя стекла, в сельском хозяйстве полиэтиленовой пленкой покрывают парники. Из полиэтилена изготавливают крышки подшипников, детали вентиляторов и насосов, гайки, шайбы, полые изделия вместимостью до 200 л, тару для хранения и транспортировки кислот и щелочей.

Полипропилен является производным этилена. По сравнению с полиэтиленом полипропилен имеет более высокую механическую прочность и жесткость, большую теплостойкость и меньшую склонность к старению. Недостатком полипропилена является его невысокая морозостойкость.

Полипропилен применяют для изготовления антикоррозионного покрытия резервуаров, труб и арматуры трубопроводов, электроизоляторов, а также для изготовления деталей, применяемых при работе в агрессивных средах. Из полипропилена изготавливают корпуса автомобилей и аккумуляторов, прокладки, трубы, фланцы, водонапорную арматуру, пленки, пленочные покрытия бумаги и картона, корпуса воздушных фильтров, конденсаторы, зубчатые и червячные колеса, ролики, подшипники скольжения, фильтры масляных и воздушных систем, уплотнения, детали приборов и автоматов точной механики, кулачковые механизмы, детали телевизоров, магнитофонов, холодильников, стиральных машин, изоляцию проводов и кабелей и т.д. Полипропилен обладает хорошими технологи-ческими свойствами – способностью к литью, экструзии, прессованию, сварке и обработке резанием.

Отходы при производстве полипропилена и отработавшие изделия из него используют для повторной переработки.

Полистирол – продукт полимеризации стирола. Твердый, жесткий, бесцветный, прозрачный полимер, водостоек, обладает прекрасными диэлектрическими свойствами, химически инертен, легко окрашивается в различные цвета. Недостатками полистирола являются его повышенная хрупкость при ударных нагрузках, склонность к старению, невысокая тепло- и морозостойкость.

Полистирол перерабатывается в изделия литьем под давлением, экструзией. Его применяют для изготовления деталей радио- и электроаппаратуры, предметов домашнего обихода, детских игрушек, трубок для изоляции проводов, пленок для изоляции в электрических кабелях и конденсаторах, открытых емкостей (лотков, тарелок, подносов), прокладок, втулок, светофильтров, крупногабаритных изделий радиотехники (корпусов транзисторных приемников), деталей электропылесосов, мебельной фурнитуры, конструкционных изделий с антистатическими свойствами. Ударопрочным полистиролом облицовывают пассажирские вагоны, салоны автобусов и самолетов. Из него изготавливают крупногабаритные детали холодильников, корпуса радиоприемников, телефонных аппаратов и т. д.

Поливинилхлоридные пластмассы. Пластмассы на основе поливинилхлорида (полихлорвинил или сокращенно ПХВ) имеют хорошие электроизоляционные свойства, химически стойки, не поддерживают горения, атмосферо-, водо-, масло- и бензостойки.

Обработкой порошкового ПХВ получают винипласт в виде пленок, листов, труб, стержней. Винипластовые детали хорошо механически обрабатываются и хорошо свариваются. Из винипласта изготавливают трубы для транспортировки воды, агрессивных жидкостей и газов, коррозионно-стойкие емкости, защитные покрытия для электропроводки, детали вентиляционных установок, теплообменников, шланги вакуум-проводов, защитные покрытия для металлических емкостей, изоляцию проводов и кабелей. Поливинилхлорид используют для получения пенопластов, линолеума, искусственной кожи, объемной тары, товаров бытовой химии, вибропоглощающих материалов в машино-строении и на всех видах транспорта, водо-, бензо- и антифризостойких трубок, прокладок и т.д.

Фторопласты – производные этилена, где все атомы водорода заменены галогенами. Наиболее широкое распространение получил фторопласт-4 (тефлон), или политетрафторэтилен.

Фторопласт-4 в изделиях представляет собой белое вещество со скользкой, не смачивающейся водой поверхностью. Он имеет исключительно высокие диэлектрические свойства, по химической стойкости превосходит все известные материалы, включая благородные металлы, может длительно выдерживать температуры до 250ºС. Пленка из него не становится хрупкой даже в среде жидкого гелия. Он стоек к воздействию минеральных и органических щелочей, кислот, органических растворителей, не набухает в воде, не смачивается жидкостями и вязкотекучими средами пищевых производств (тестом, патокой, вареньем и т.д.). При непосредственном контакте не оказывает влияния на организм человека, разрушается только под действием расплавленных щелочных металлов. Фто-ропласт-4 имеет низкий коэффициент трения и применяется для изготовления подшипников скольжения без смазки. Фторопласты широко применяются в электро- и радиотехнической промышленности, а также для изготовления химически стойких труб, кранов, мембран, насосов, подшипников, деталей медицинской техники, коррозионно-стойких конструкций, тепло- и морозостойких деталей (втулок, пластин, дисков, прокладок, сальников, клапанов), для облицовки внутренних поверхностей различных криогенных емкостей.

Полиакрилаты. Наиболее известным представителем этой группы является органическое стекло (оргстекло). Оно термопластично, достаточно прочно, легче стекла, обладает высокой прозрачностью и пропускает ультрафиолетовые лучи, имеет высокий коэффициент преломления. Его применяют для изготовления оптических стекол, из него делают окна самолетов и кораблей, предметы домашнего обихода. Недостаток – низкая поверхностная твердость.

Полиамиды включают в себя такие известные пластмассы, как нейлон, капрон и др. Их применяют для изготовления зубчатых колес и др. деталей машин – получают методом литья под давлением, для электроизоляции проводов – путем нанесения на них расплавленной смолы, для изготовления волокна – при продавливании смолы через фильеры, для изготовления пленки и клея. Волокна из полиамидов используют для корда автопокрышек, изготовления буксировочных канатов,

Для производства чулочно-носочных изделий и т.д. Полиамиды имеют низкий коэффициент трения и могут использоваться в качестве подшипников.

Полиуретаны характеризуются высокой упругостью, износостойкостью, низким коэффициентом трения. Их используют для изготовления изоляции, фильтровальных и парашютных тканей, применяют для получения пенопластов, каучуков, пленок антикоррозионных покрытий.

Основные виды термореактивных пластмасс, их свойства и применение

Основу термореактивных пластмасс (реактопластов) составляет связующее вещество – химически затвердевающая термореактивная смола. Кроме того, в состав реактопластов входят наполнители, пластификаторы, отвердители, ускорители или замедлители, растворители. Наполнителями, определяющими структурную основу пластмасс, могут быть порошковые, волокнистые и гибкие листовые материалы. Наиболее известными являются слоистые пластики, представляющие собой композиции из чередующихся слоев связующей смолы и листового наполнителя. В зависимости от вида наполнителя слоистые пластики получают свое наименование: гетинакс (наполнитель – бумага), текстолит (наполнитель – хлопчатобумажная ткань), асбо-текстолит (наполнитель – асбестовая ткань), стеклотекстолит (наполнитель – стеклянная ткань), древеснослоистые пластики – ДСП (наполнитель – древесный шпон).

Слоистые наполнители пропитывают смолой, сушат и режут по размеру. Из готовых листов в этажных прессах горячим способом прессуют плиты, а в пресс-формах – иные заготовки или детали.

Гетинакс применяют в электро- и радиотехнике в листах и плитах для изготовления панелей, печатных плат, электроизоляторов, изолирующих шайб, прокладок, а также в виде труб и цилиндров в трансформаторах.

Текстолит применяется для изготовления зубчатых колес, вкладышей подшипников и, так же как гетинакс, для изготовления электроизоляторов и печатных плат. В сравнении с гетинаксом он прочнее и устойчив при нагревании до 130°С.

Асботекстолит отличается теплостойкостью и хорошими фрикционными свойствами. Его применяют для изготовления трущихся деталей дисков сцепления и тормозных колодок.

Стеклотекстолит исключительно прочен и отличный электроизолятор.

При изготовлении поро- и пенопластов добавляют газообразователи – вещества, которые при нагреве разлагаются и выделяют большое количество газов, вспенивающих смолу.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет