Природные пластмассы. Виды и свойства пластмасс. Определение типа пластика. Пластмасса и ее маркировка

Различные предоставляют широкие возможности для создания определенных конструкций и деталей. Неслучайно подобные элементы применяются в самых разных сферах: от машиностроения и радиотехники до медицины и сельского хозяйства. Трубы, комплектующие для машин, корпусы для приборов и бытовые изделия - лишь немалый список того, что можно создать из пластмассы.

Основные разновидности

Виды пластмасс и их применение базируются на том, какие полимеры лежат в основе - природные или синтетические. Их подвергают нагреванию, давлению, после чего выполняют формовку изделий разной сложности. Главное, что при этих манипуляциях сохраняется форма готового изделия. Все пластмассы бывают термопластичными, то есть обратимыми, и термореактивными (необратимыми).

Обратимые становятся пластичными под воздействием нагревания и дальнейшего давления, при этом коренные изменения в составе не происходят. Опрессованное и уже ставшее твердым изделие всегда можно размягчить и придать ему определенную форму. Известны такие виды пластмасс (термопластичных), как полиэтилен и полистирол. Первый отличается стойкостью к коррозии и диэлектрическими свойствами. На его основе производятся трубы, пленки, листы, он широко применяется в качестве изоляционного материала.

От стирола к полистиролу

В результате полимеризации стирола получают полистирол. Из него в дальнейшем создают разные детали на основе литья или прессования. Такие виды пластмасс широко используются для производства крупногабаритных деталей и изделий, например, элементов для холодильников или ванных комнат. Среди термореактивных пластмасс чаще всего используются пресспорошки, волокниты, которые можно в дальнейшем переработать для получения различных деталей.

Пластмасса - очень удобный в работе материал, на основе которого можно создавать множество товаров. В зависимости от термических свойств выделяются следующие виды переработки пластмасс:

1. Прессование. Это самый популярный способ получения изделий из термоактивных материалов. Формование выполняется в специальных формах под воздействием высоких температур и давления.
2. Литье под давлением. Этот способ дает возможность создать изделия разной формы. Для этого специальные емкости заполняются расплавленной пластмассой. Сам процесс отличается высокой производительностью и экономичностью.
3. Экструзия. Посредством такой переработки получают многие виды изделий из пластмассы, например, трубы, нити, шнуры, пленки разного назначения.
4. Выдувание. Этот способ - идеальная возможность создания изделий объемной формы, которые будут иметь шов на месте смыкания пресс-формы.
5. Штампование. Этим способом создаются изделия из листов пластмассы и пластин с применением специальных форм.

Особенности полимеризации

Пластмассу можно получить полимеризацией и поликонденсацией. В первом случае молекулы мономеров связываются, образуя полимерные цепи без высвобождения воды и спирта, во втором - образуются побочные вещества, не связанные с полимером. Различные методы и виды полимеризации пластмассы позволяют получить составы, которые отличаются исходными свойствами. Важную роль в этом процессе играют правильная температура и теплота реакции, чтобы формовочная масса полимеризировалась правильно. При полимеризации важно обращать внимание на остаточный мономер - чем его меньше, тем надежнее и дольше в эксплуатации будет пластмасса.

Пористость

Если были нарушены режимы полимеризации, это может привести к дефектам готовых изделий. В них появятся пузырьки, разводы и повышенное внутреннее напряжение. Существуют различные виды пористости пластмассы:

1. Газовая. Она появляется вследствие того, что нарушается режим полимеризации, и перекись бензоила закипает. Если газовые поры образуются в толщине протеза, то его требуется переделать.
2. Гранулярная пористость возникает из-за избытка полимерного порошка, испарения мономера с поверхности материала или недостаточно качественного перемешивания пластмассового состава.
3. Пористость сжатия. Возникает из-за уменьшения объема полимеризующейся массы под воздействием недостаточного давления или нехватки формовочной массы.

Что учесть?

Следует знать о том, какие виды пористости пластмассы бывают, и не допускать дефектов в конечном изделии. Нужно обратить внимание и на мелкую пористость на поверхности протеза. Такое случается из-за слишком большого количества мономера, причем пористость не подвергается шлифовке. Если во время работы с пластмассой образуется внутреннее остаточное напряжение, изделие будет растрескиваться. Такая ситуация возникает вследствие нарушения режима полимеризации, когда объект слишком долго находится в кипящей воде.

В любом случае ухудшение механических свойств полимерных материалов в итоге приводит к их старению, а потому технологию производства нужно соблюдать целиком и полностью.

Базисные пластмассы - что это?

Рассматриваемый материал широко применяется при изготовлении базисов съемных пластиночных протезов. Самые популярные виды базисных пластмасс имеют синтетическую основу. Масса для базисов, как правило, это сочетание порошка и жидкости. При их смешивании создается формовочная масса, которая твердеет при нагревании или самопроизвольно. В зависимости от этого получается материал горячего отверждения или самотвердеющий. К базисным пластмассам горячей полимеризации относятся:

• этакрил (АКР-15);
• акрел;
• фторакс;
• акронил.

Материалами для создания съемных протезов являются эластичные пластмассы, которые нужны как мягкие амортизирующие прокладки для базисов. Они должны быть безопасными для организма, прочно соединяться с базисом протеза, сохранять эластичность и постоянный объем. Среди таких пластмасс внимания заслуживают эладент, который является подкладкой для базисов съемных протезов, и ортоксил, который получают на основе силоксановой смолы.

Строительные материалы

Основные виды пластмасс применяются в разных областях строительства в зависимости от состава. К самым популярным материалам относятся следующие:

1. Полимербетоны. Это композиционная пластмасса, которая создается на основе термореактивных полимеров. Самыми лучшими с точки зрения физико-механических свойств считаются полимербетоны на основе эпоксидных смол. Хрупкость материала компенсируется волокнистыми наполнителями - асбестом, стекловолокном. Полимербетоны используются при создании конструкций, стойких к химическим веществам.
2. Стеклопластики - это современные виды строительных пластмасс, которые представляют собой листовые материалы из стеклянных волокон, тканей, связываемых полимером. Стеклопластик создается на основе ориентированных или рубленых волокон, а также тканей или матов.
3. Напольные материалы. Они представлены разными видами рулонных покрытий и жидковязовых составов на основе полимеров. В строительстве широко применяется линолеум на основе поливинилхлорида, обладающий хорошими показателями теплозвукоизоляции. Бесшовный мастичный пол можно создать на основе смеси сырья с олигомерами.

Пластмасса и ее маркировка

Существует 5 видов пластмасс, которые имеют свое обозначение:

1. Полиэтилентерефталат (имеет буквенную маркировку PETE или PET). Отличается экономичностью и широкой сферой применения: используется для хранения различных напитков, масел, косметики.
2. Полиэтилен высокой плотности (маркируется как HDPE или PE HD). Материал отличается экономичностью, легкостью, стойкостью к температурным перепадам. Применяется для изготовления одноразовой посуды, контейнеров для хранения пищевых продуктов, сумок, игрушек.
3. Поливинилхлорид (маркируется как PVC или V). Из этого материала создаются оконные профили, детали мебели, пленка для натяжного потолка, трубы, напольные покрытия и многое другое. Из-за содержания бисфенола А, винилхлорида, фталатов поливинилхлорида не используется при производстве продукции (контейнеров, посуды и т. п.) для хранения пищи.
4. Полиэтилен (маркировка LDPE или PEBD). Этот дешевый материал используется при производстве пакетов, мусорных мешков, линолеума и компакт-дисков.
5. Полипропилен (имеет буквенную маркировку PP). Отличается прочностью, термостойкостью, годится для производства пищевых контейнеров, упаковки для продуктов питания, игрушек, шприцов.

Популярные виды пластмасс - полистирол и поликарбонат. Они нашли широкое применение в самых разных отраслях.

Сферы применения

Различные виды пластмасс находят применение в самых разных отраслях. При этом требования к ним примерно одинаковые - простота в работе и безопасность. Рассмотрим подробнее виды термопластичных пластмасс и сферы их применения.

Термореактивные виды пластмасс (таблица)

Вместо заключения

В представленной статье мы рассмотрели виды пластмасс и их применение. При использовании таких материалов учитывается много факторов, начиная от физико-механических свойств и заканчивая особенностями работы. При всей своей экономичности пластмасса обладает достаточным уровнем безопасности, что существенно расширяет сферу ее применения.

Пластмассы

Эта статья написана в начале 70-х видным советским химиком, проф. Еленой Борисовной Тростянской, автором многих работ, учебников и книг по химии полимеров и пластмасс. Однако, за прошедшие более 30 лет статья нисколько не утратила актуальности. Конечно, некоторые приведенные здесь данные об объемах производства пластмасс устарели. Следует отметить так же, что в число лидеров, среди пластмасс, наряду с полиэтиленом и полистиролом, сейчас вошел и полипропилен.

Пластические массы, пластмассы, пластики — материалы, содержащие в своём составе полимер, который в период формования изделий находится в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, а при эксплуатации — в стеклообразном или кристаллическом состоянии. В зависимости от характера процессов, сопутствующих формованию изделий, Пластмассы делят на реактопласты и термопласты. К числу реактопластов относят материалы, переработка в изделия которых сопровождается химической реакцией образования сетчатого полимера — отверждением; при этом пластик необратимо утрачивает способность переходить в вязкотекучее состояние (раствор или расплав). При формовании изделий из термопластов не происходит отверждения, и материал в изделии сохраняет способность вновь переходить в вязкотекучее состояние.

Пластмассы обычно состоят из нескольких взаимно совмещающихся и несовмещающихся компонентов. При этом, помимо полимера, в состав пластмассы могут входить наполнители полимерных материалов, пластификаторы, понижающие температуру текучести и вязкость полимера, стабилизаторы полимерных материалов, замедляющие его старение, красители и др. Пластмассы могут быть однофазными (гомогенными) или многофазными (гетерогенными, композиционными) материалами. В гомогенных пластмассах полимер является основным компонентом, определяющим свойства материала. Остальные компоненты растворены в полимере и способны улучшать те или иные его свойства. В гетерогенных пластмассах полимер выполняет функцию дисперсионной среды (связующего) по отношению к диспергированным в нём компонентам, составляющим самостоятельные фазы. Для распределения внешнего воздействия на компоненты гетерогенного пластика необходимо обеспечить прочное сцепление на границе контакта связующего с частицами наполнителя, достигаемое адсорбцией или химической реакцией связующего с поверхностью наполнителя.

Наполненные пластики

Наполнитель в пластмассе может быть в газовой или конденсированной фазах. В последнем случае его модуль упругости может быть ниже (низкомодульные наполнители) или выше (высокомодульные наполнители) модуля упругости связующего.

К числу газонаполненных пластиков относятся пенопласты — материалы наиболее лёгкие из всех пластмасс; их кажущаяся плотность составляет обычно от 0,02 до 0,8 г/см 3 .

Низкомодульные наполнители (их иногда называют эластификаторами), в качестве которых используют эластомеры, не понижая теплостойкости и твёрдости полимера, придают материалу повышенную устойчивость к знакопеременным и ударным нагрузкам (см. табл. 1), предотвращают прорастание микротрещин в связующем. Однако коэффициент термического расширения эластифицированных пластмасс выше, а деформационная устойчивость ниже, чем монолитных связующих. Эластификатор диспергируют в связующем в виде частиц размером 0,2—10 мкм. Это достигается полимеризацией мономера на поверхности частиц синтетических латексов, отверждением олигомера, в котором диспергирован эластомер, механическим перетиранием смеси жёсткого полимера с эластомером. Наполнение должно сопровождаться образованием сополимера на границе раздела частиц эластификатора со связующим. Это обеспечивает кооперативную реакцию связующего и эластификатора на внешнее воздействие в условиях эксплуатации материала. Чем выше модуль упругости наполнителя и степень наполнения им материала, тем выше деформационная устойчивость наполненного пластика. Однако введение высокомодульных наполнителей в большинстве случаев способствует возникновению остаточных напряжений в связующем, а следовательно, понижению прочности и монолитности полимерной фазы.

Свойства пластмассы с твёрдым наполнителем определяются степенью наполнения, типом наполнителя и связующего, прочностью сцепления на границе контакта, толщиной пограничного слоя, формой, размером и взаимным расположением частиц наполнителя. Пластмассы с частицами наполнителя малых размеров, равномерно распределёнными по материалу, характеризуются изотропией свойств, оптимум которых достигается при степени наполнения, обеспечивающей адсорбцию всего объёма связующего поверхностью частиц наполнителя. При повышении температуры и давления часть связующего десорбируется с поверхности наполнителя, благодаря чему материал можно формовать в изделия сложных форм с хрупкими армирующими элементами. Мелкие частицы наполнителя в зависимости от их природы до различных пределов повышают модуль упругости изделия, его твёрдость, прочность, придают ему фрикционные, антифрикционные, теплоизоляционные, теплопроводящие или электропроводящие свойства.

Для получения пластмассы низкой плотности применяют наполнители в виде полых частиц. Такие материалы (иногда называемые синтактическими пенами), кроме того, обладают хорошими звуко- и теплоизоляционными свойствами.

Применение в качестве наполнителей природных и синтетических органических волокон, а также неорганических волокон (стеклянных, кварцевых, углеродных, борных, асбестовых), хотя и ограничивает выбор методов формования и затрудняет изготовление изделий сложной конфигурации, но резко повышает прочность материала. Упрочняющая роль волокон в волокнитах, материалах, наполненных химическими волокнами (т. н. органоволокнитах), карбоволокнитах (см. Углеродопласты)и стекловолокнитах проявляется уже при длине волокна 2—4 мм. С увеличением длины волокон прочность возрастает благодаря взаимному их переплетению и понижению напряжений в связующем (при высокомодульном наполнителе), локализованных по концам волокон. В тех случаях, когда это допускается формой изделия, волокна скрепляют между собой в нити и в ткани различного плетения.

Пластмассы, наполненные тканью (текстолиты), относятся к слоистым пластикам, отличающимся анизотропией свойств, в частности высокой прочностью вдоль слоёв наполнителя и низкой в перпендикулярном направлении. Этот недостаток слоистых пластиков отчасти устраняется применением т. н. объёмнотканых тканей, в которых отдельные полотна (слои) переплетены между собой. Связующее заполняет неплотности переплетений и, отверждаясь, фиксирует форму, приданную заготовке из наполнителя.

В изделиях несложных форм, и особенно в полых телах вращения, волокна-наполнители расположены по направлению действия внешних сил. Прочность таких пластмасс в заданном направлении определяется в основном прочностью волокон; связующее лишь фиксирует форму изделия и равномерно распределяет нагрузку по волокнам. Модуль упругости и прочность при растяжении изделия вдоль расположения волокон достигают очень высоких значений (см. табл. 1). Эти показатели зависят от степени наполнения пластмассы.

Для панельных конструкций удобно использовать слоистые пластики с наполнителем из древесного шпона или бумаги, в том числе бумаги из синтетического волокна (см. Древесные пластики, Гетинакс). Значительное снижение массы панелей при сохранении жёсткости достигается применением материалов трёхслойной, или сэндвичевой, конструкции с промежуточным слоем из пенопласта или сотопласта.

Основные виды термопластов

Среди термопластов наиболее разнообразно применение полиэтилена, поливинилхлорида и полистирола, преимущественно в виде гомогенных или эластифицированных материалов, реже газонаполненных и наполненных минеральными порошками или синтетическими органическими волокнами.

Пластмассы на основе полиэтилена легко формуются и свариваются в изделия сложных форм, они устойчивы к ударным и вибрационным нагрузкам, химически стойки, отличаются высокими электроизоляционными свойствами (диэлектрическая проницаемость 2,1—2,3) и низкой плотностью. Изделия с повышенной прочностью и теплостойкостью получают из полиэтилена, наполненного коротким (до 3 мм) стекловолокном. При степени наполнения 20% прочность при растяжении возрастает в 2,5 раза, при изгибе — в 2 раза, ударная вязкость — в 4 раза и теплостойкостью — в 2,2 раза.

Жёсткая пластмасса на основе поливинилхлорида — винипласт, в том числе эластифицированный (ударопрочный), формуется значительно труднее полиэтиленовых пластиков, но прочность её к статическим нагрузкам намного выше, ползучесть ниже и твёрдость выше. Более широкое применение находит пластифицированный поливинилхлорид-пластикат. Он легко формуется и надёжно сваривается, а требуемое сочетание в нём прочности, деформационной устойчивости и теплостойкости достигается подбором соотношения пластификатора и твёрдого наполнителя.

Пластмассы на основе полистирола формуются значительно легче, чем из винипласта, их диэлектрические свойства близки к свойствам полиэтиленовых пластмасс, они оптически прозрачны и по прочности к статическим нагрузкам мало уступают винипласту, но более хрупки, менее устойчивы к действию растворителей и горючи. Низкая ударная вязкость и разрушение вследствие быстрого прорастания микротрещин — свойства, особенно характерные для полистирольных пластиков, устраняются наполнением их эластомерами, т. е. полимерами или сополимерами с температурой стеклования ниже — 40 °С. Эластифицированный (ударопрочный) полистирол наиболее высокого качества получают полимеризацией стирола на частицах бутадиен-стирольного или бутадиен-нитрильного латекса.

Материал, названный АБС, содержит около 15% гель-фракции (блок- и привитые сополимеры полистирола и указанных сополимеров бутадиена), составляющей граничный слой и соединяющей частицы эластомера с матрицей из полистирола. Морозостойкость материала ограничивает температура стеклования эластомера, теплостойкость — температура стеклования полистирола.

Теплостойкость перечисленных термопластов находится в пределах 60—80 °С, коэффициент термического расширения высок и составляет 1 х 10 -4 , их свойства резко изменяются при незначительном изменении температуры, деформационная устойчивость под нагрузкой низкая. Этих недостатков отчасти лишены термопласты, относящиеся к группе иономеров, например сополимеры этилена, пропилена или стирола с мономерами, содержащими ионогенные группы (обычно ненасыщенные карбоновые кислоты или их соли). Ниже температуры текучести благодаря взаимодействию ионогенных групп между макромолекулами создаются прочные физические связи, которые разрушаются при размягчении полимера. В иономерах удачно сочетаются свойства термопластов, благоприятные для формования изделий, со свойствами, характерными для сетчатых полимеров, т. е. с повышенной деформационной устойчивостью и жёсткостью. Однако присутствие ионогенных групп в составе полимера понижает его диэлектрические свойства и влагостойкость.

Пластмассы с более высокой теплостойкостью (100—130 °С) и менее резким изменением свойств с повышением температуры производят на основе полипропилена, полиформальдегида, поликарбонатов, полиакрилатов, полиамидов, особенно ароматических полиамидов. Быстро расширяется номенклатура изделий, изготавливаемых из поликарбонатов, в том числе наполненных стекловолокном.

Особенно высоки химическая стойкость, прочность к ударным нагрузкам и диэлектрические свойства пластиков на основе политетрафторэтилена и сополимеров тетрафторэтилена (см. Фторопласты). В материалах на основе полиуретанов удачно сочетается износостойкость с морозостойкостью и длительной прочностью в условиях знакопеременных нагрузок. Полиметилметакрилат используют для изготовления оптически прозрачных атмосферостойких материалов.

Отсутствие реакций отверждения во время формования термопластов даёт возможность предельно интенсифицировать процесс переработки. Основные методы формования изделий из термопластов — литьё под давлением, экструзия, вакуумформование и пневмоформование. Поскольку вязкость расплава высокомолекулярных полимеров велика, формование термопластов на литьевых машинах или экструдерах требует удельных давлений 30—130 Мн/м = (300—1300 кгс/см 2 ).

Дальнейшее развитие производства термопластов направлено на создание материалов из тех же полимеров, но с новыми сочетаниями свойств, применением эластификаторов, порошковых и коротковолокнистых наполнителей.

Основные виды реактопластов

После окончания формования изделий из реактопластов полимерная фаза приобретает сетчатую (трёхмерную) структуру. Благодаря этому отверждённые реактопласты имеют более высокие, чем термопласты, показатели по твёрдости, модулю упругости, теплостойкости, усталостной прочности, более низкий коэффициент термического расширения; при этом свойства отверждённых реактопластов не столь резко зависят от температуры. Однако неспособность отвержденных реактопластов переходить в вязкотекучее состояние вынуждает проводить синтез полимера в несколько стадий.

Первую стадию оканчивают получением олигомеров (смол) — полимеров с молекулярной массой 500—1000. Благодаря низкой вязкости раствора или расплава смолу легко распределить по поверхности частиц наполнителя даже в том случае, когда степень наполнения достигает 80—85% (по массе). После введения всех компонентов текучесть реактопласта остаётся настолько высокой, что изделия из него можно формовать заливкой (литьём), контактным формованием, намоткой. Такие реактопласты называются премиксами в том случае, когда они содержат наполнитель в виде мелких частиц, и препрегами, если наполнителем являются непрерывные волокна, ткань, бумага. Технологическая оснастка для формования изделий из премиксов и препрегов проста и энергетические затраты невелики, но процессы связаны с выдержкой материала в индивидуальных формах для отверждения связующего. Если смола отверждается по реакции поликонденсации, то формование изделий сопровождается сильной усадкой материала и в нём возникают значительные остаточные напряжения, а монолитность, плотность и прочность далеко не достигают предельных значений (за исключением изделий, полученных намоткой с натяжением).

Чтобы избежать этих недостатков, в технологии изготовления изделий из смол, отверждающихся по реакции поликонденсации, предусмотрена дополнительная стадия (после смешения компонентов) — предотверждение связующего, осуществляемое при вальцевании или сушке. При этом сокращается длительность последующей выдержки материала в формах и повышается качество изделий, однако заполнение форм из-за понижения текучести связующего становится возможным только при давлениях 25—60 Мн/м 2 (250—600 кгс/см 2 ).

Смола в реактопластах может отверждаться самопроизвольно (чем выше температура, тем больше скорость) или с помощью полифункционального низкомолекулярного вещества — отвердителя.

Реактопласты с любым наполнителем изготавливают, применяя в качестве связующего феноло-альдегидные смолы, часто эластифицированные поливинилбутиралем, бутадиен-нитрильным каучуком, полиамидами, поливинилхлоридом (такие материалы называют фенопластами), и эпоксидные смолы, иногда модифицированные феноло- или анилино-формальдегидными смолами или отверждающимися олигоэфирами.

Высокопрочные пластмассы с термостойкостью до 200 °С производят, сочетая стеклянные волокна или ткани с отверждающимися олигоэфирами, феноло-формальдегидными или эпоксидными смолами. В производстве изделий, длительно работающих при 300 °С, применяют стеклопластики или асбопластики с кремнийорганическим связующим; при 300—340 °С — полиимиды в сочетании с кремнезёмными, асбестовыми или углеродными волокнами; при 250—500 °С в воздушной и при 2000—2500 °С в инертной средах — фенопласты или пластики на основе полиамидов, наполненные углеродным волокном и подвергнутые карбонизации (графитации) после формования изделий.

Высокомодульные пластмассы [модуль упругости 250—350 Гн/м 2 (25 000—35 000 кгс/мм 2 )} производят, сочетая эпоксидные смолы с углеродными, борными или монокристаллическими волокнами (см. также Композиционные материалы). Монолитные и лёгкие пластмассы, устойчивые к вибрационным и ударным нагрузкам, водостойкие и сохраняющие диэлектрические свойства и герметичность в условиях сложного нагружения, изготавливают, сочетая эпоксидные, полиэфирные или меламино — формальдегидные смолы с синтетическими волокнами или тканями, бумагой из этих волокон.

Наиболее высокие диэлектрические свойства (диэлектрическая проницаемость 3,5—4,0) характерны для материалов на основе кварцевых волокон и полиэфирных или кремнийорганических связующих.

Древесно-слоистые пластики широко используют в промышленности стройматериалов и в судостроении.

Объём производства и структура потребления пластмасс

Пластические материалы на основе природных смол (канифоли, шеллака, битумов и др.) известны с древних времён. Старейшей пластмассой, приготовленной из искусственного полимера — нитрата целлюлозы, является целлулоид, производство которого было начато в США в 1872. В 1906—10 в России и Германии в опытном производстве налаживается выпуск первых реактопластов — материалов на основе феноло-формальдегидной смолы. В 30-х гг. в СССР, США, Германии и др. промышленно развитых странах организуется производство термопластов — поливинилхлорида, полиметилметакрилата, полиамидов, полистирола. Однако бурное развитие промышленности пластмасс началось только после 2-й мировой войны 1939—45. В 50-х гг. во многих странах начинается выпуск самой крупнотоннажной пластмассы— полиэтилена.

В 1973 мировое производство полимеров для пластических масс достигло ~ 43 млн. т. Из них около 75% приходилось на долю термопластов (25% полиэтилена, 20% поливинилхлорида, 14% полистирола и его производных, 16% прочих пластиков). Существует тенденция к дальнейшему увеличению доли термопластов (в основном полиэтилена) в общем производстве пластмасс.

Хотя доля термореактивных смол в общем выпуске полимеров для пластмасс составляет всего около 25%, фактически объём производства реактопластов выше, чем термопластов, из-за высокой степени наполнения (60—80%) смолы.

Производство пластмасс развивается значительно интенсивнее, чем таких традиционных конструкционных материалов, как чугун и алюминий.

Потребление пластмасс в строительстве непрерывно возрастает. П Это обусловлено не только уникальными физико-механическими свойствами полимеров, но также и их ценными архитектурно-строительными характеристиками. Основные преимущества пластмасс перед др. строительными материалами — лёгкость и сравнительно большая удельная прочность. Благодаря этому может быть существенно уменьшена масса строительных конструкций, что является важнейшей проблемой современного индустриального строительства.

Пластмассы занимают одно из ведущих мест среди конструкционных материалов машиностроения. Потребление их в этой отрасли становится соизмеримым (в единицах объёма) с потреблением стали. Целесообразность использования Пластмассы в машиностроении определяется прежде всего возможностью удешевления продукции. При этом улучшаются также важнейшие технико-экономические параметры машин — уменьшается масса, повышаются долговечность, надёжность и др. Из пластмасс изготовляют зубчатые и червячные колёса, шкивы, подшипники, ролики, направляющие станков, трубы, болты, гайки, широкий ассортимент технологической оснастки и др.

Основные достоинства пластмасс, обусловливающие их широкое применение в авиастроении,— лёгкость, возможность изменять технические свойства в большом диапазоне. Термопласты применяют в производстве элементов остекления, антенных обтекателей, при декоративной отделке интерьеров самолётов и др., пено- и сотопласты — как заполнители высоконагруженных трёхслойных конструкций.

Области применения пластических масс в судостроении очень разнообразны, а перспективы использования практически неограничены. Их применяют для изготовления корпусов судов и корпусных конструкций (главным образом стеклопластики), в производстве деталей судовых механизмов, приборов, для отделки помещений, их тепло-, звуко- и гидроизоляции.

В автомобилестроении особенно большую перспективу имеет применение пластмасс для изготовления кабин, кузовов и их крупногабаритных деталей, т.к. на долю кузова приходится около половины массы автомобиля и ~ 40% его стоимости. Кузова из пластмассы более надёжны и долговечны, чем металлические, а их ремонт дешевле и проще. Однако, пластмассы не получили ещё большого распространения в производстве крупногабаритных деталей автомобиля, главным образом из-за недостаточной жёсткости и сравнительно невысокой атмосферостойкости. Наиболее широко пластмассы применяют для внутренней отделки салона автомобиля. Из них изготовляют также детали двигателя, трансмиссии, шасси. Огромное значение, которое пластмассы играют в электротехнике, определяется тем, что они являются основой или обязательным компонентом всех элементов изоляции электрических машин, аппаратов и кабельных изделий. Пластмассы часто применяют и для защиты изоляции от механических воздействий и агрессивных сред, для изготовления конструкционных материалов и др.

Лит.: Энциклопедия полимеров, т, 1—2, М., 1972—74; Технология пластических масс, под ред. В. В. Коршака, М., 1972; Лосев И. П., Тростянская Е. Б., Химия синтетических полимеров, 3 изд., М., 1971; Пластики конструкционного назначения, под ред. Е. Б. Тростянской, М., 1974.

Пластичность - это главное качество пластмассы, ее неотъемлемая часть. Данный материал очень просто в расплавленном виде принимает любую необходимую форму, но когда он застывает, перед наблюдателем предстает прочный монолит. Смесь, изготовленная из клея и наполнителя, уже может считаться пластмассой, хотя под данное правило попадают как бетон, так и ДСП, и даже папье-маше.

Пластмассой можно назвать и всю синтетику, но при ее производстве сверхтонкие волокна для повышения прочности скручиваются в нити, после чего из них изготавливается сотканное полотно.

Пластмасса сегодня является одним из самых популярных материалов в быту. Она обладает малым весом, сравнительно высокой прочностью. Единственным ее недостатком является возможность деформации под действием даже невысоких температур. Производство пластмассовых изделий - достаточно сложный процесс, несмотря на пластичность данного материала.

Как появилась пластмасса

Два века назад ученые всеми силами пытались изобрести заменитель ценных пород дерева и поделочных материалов. Таким образом, на основе высокомолекулярных органических веществ была получена первая пластмасса. Тогда, в 1839 году, Чарльз Гудиер, являющийся высококлассным химиком, проживающий в америке, изобрел эбонит.

Наиболее ранняя форма пластмассы появилась в 1855 году и была названа “паркезин”. Он основан на измененных химическим путем естественных полимерах, а первооткрывателем его стал английский изобретатель Александр Пайрксом.

Вскоре после достижения Пайрксом невероятных результатов в своих исследованиях, химики перешли на использование синтетических молекул в производстве пластмассы. Первыми материалами, которые послужили основой, стали формальдегид и фенол. Случилось это в далеком 1909 году посредством синтеза. Изделие было названо “бакелитовая мастика”, а ее первооткрывателем стал Лео Эндрик Бекеланд.

Во время Второй мировой войны материал получил свое заслуженное коммерческое развитие. Быт людей был разрушен, а на его восстановление стандартными способами требовалось много усилий. На помощь пришла пластмасса. Она намного дешевле известных натуральных материалов, а кроме того, стала основоположником становления новых представлений о домашнем уюте.

В современном мире пластмасса получила настолько широкое распространение, что ее используют даже в автомобильной промышленности. Основная часть этого материала изготавливается из синтетических полимеров.

В наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Состав и свойства

Получение пластмасс

Пластмассы - это материалы, полученные на основе синтетических или естественных полимеров (смол). Синтезируются полимеры путем полимеризации или поликонденсации мономеров в присутствии катализаторов при строго определенных температурных режимах и давлениях.

В полимер с различной целью могут вводиться наполнители, стабилизаторы, пигменты, могут составляться композиции с добавкой органических и неорганических волокон, сеток и тканей.

Таким образом, пластмассы в большинстве случаев являются многокомпонентными смесями и композиционными материалами, у которых технологические свойства, в том числе и свариваемость, в основном определяются свойствами полимера.

В зависимости от поведения полимера при нагревании различают два вида пластмасс - термопласты, материалы, которые могут многократно нагреваться и переходить при этом из твердого в вязко-текучее состояние, и реактопласты, которые могут претерпевать этот процесс лишь однократно.

Особенности строения

Пластмассы (полимеры) состоят из макромолекул, в которых более или менее регулярно чередуется большое число одинаковых или неодинаковых атомных группировок, соединенных химическими связями в длинные цепи, по форме которых различают линейные полимеры, разветвленные и сетчато-пространственные.

По составу макромолекул полимеры делятся на три класса:

1) карбоцепные, основные цепи которых построены только из углеродных атомов;

2) гетероцепные, в основных цепях которых, кроме атомов углерода, содержатся атомы кислорода, азота, серы;

3) элементоорганические полимеры, содержащие в основных цепях атомы кремния, бора, алюминия, титана и других элементов.

Макромолекулы обладают гибкостью и способны изменять форму под влиянием теплового движения их звеньев или электрического поля. Это свойство связано с внутренним вращением отдельных частей молекулы относительно друг друга. Не перемещаясь в пространстве, каждая макромолекула находится в непрерывном движении, которое выражается в смене ее конформаций.

Гибкость макромолекул характеризует величина сегмента, т. е. число звеньев в ней, которые в условиях данного конкретного воздействия на полимер проявляют себя как кинетически самостоятельные единицы, например в поле ТВЧ как диполи. По реакции к внешним электрическим полям различают полярные (ПЭ, ПП) и неполярные (ПВХ, полиаксилонитрил) полимеры. Между макромолекулами действуют силы притяжения, вызванные ван-дер-ваальсовым взаимодействием, а также водородными связями, ионным взаимодействием. Силы притяжения проявляются при сближении макромолекул на 0,3-0,4 им.

Полярные и неполярные полимеры (пластмассы) между собой несовместимы - между их макромолекулами не возникает взаимодействия (притяжения), т. е. они между собой не свариваются.

Надмолекулярная структура, ориентация

По структуре различают два вида пластмасс - кристаллические и аморфные. В кристаллических в отличие от аморфных наблюдается не только ближний, но и дальний порядок. При переходе из вязко-текучего состояния в твердое макромолекулы кристаллических полимеров образуют упорядоченные ассоциации-кристаллиты преимущественно в виде сферолитов (рис. 37.1). Чем меньше скорость охлаждения расплава термопласта, тем крупнее вырастают сферолиты. Однако и в кристаллических полимерах всегда остаются аморфные участки. Изменяя скорость охлаждения, можно регулировать структуру, а следовательно, и свойства сварного соединения.

Резкое различие продольных и поперечных размеров макромолекул приводит к возможности существования специфического для полимеров ориентированного состояния. Оно характеризуется расположением осей цепных макромолекул преимущественно вдоль одного направления, что приводит к проявлению анизотропии свойств изделия из пластмассы. Получение ориентированных пластмасс осуществляется путем их одноосной (5-10-кратной) вытяжки при комнатной или повышенной температуре. Однако при нагреве (в том числе и при сварке) эффект ориентации снижается или исчезает, так как макромолекулы вновь принимают термодинамически наиболее вероятные конфигурации (конформации) благодаря энтропийной упругости, обусловленной движением сегментов.

Реакция пластмасс на термомеханический цикл

Все конструкционные термопласты при нормальных температурах находятся в твердом состоянии (кристаллическом или застеклованном). Выше температуры стеклования (Т ст) аморфные пластмассы переходят в эластическое (резиноподобное) состояние. При дальнейшем нагреве выше температуры плавления (T пл) кристаллические полимеры переходят в аморфное состояние. Выше температуры текучести Т T и кристаллические, и аморфные пластмассы переходят в вязкотекучее состояние Все эти изменения состояния обычно описываются термомеханическими кривыми (рис. 37.2), являющимися важнейшими технологическими характеристиками пластмасс. Образование сварного соединения происходит в интервале вязкотекучего состояния термопластов. Реактопласты при нагреве выше Т T претерпевают радикальные процессы и в отличие от термопластов образуют пространственные полимерные сетки, не способные к взаимодействию без их разрушения, на что требуется применение специальных химических присадок.

Основные пластмассы для сварных конструкций

Наиболее распространенными конструкционными пластмассами являются группы термопластов на основе полиолефинов: полиэтилена высокого и низкого давления, полипропилена, полиизобутилена.

Полиэтилен [..-СН 2 -СН 2 -...] n высокого и низкого давления - кристаллические термопласты, отличающиеся между собой прочностью, жесткостью, температурой текучести. Полипропилен [-СН 2 -СН(СН 3)-] n более температуростоек, чем полиэтилен, и обладает большей прочностью и жесткостью.

В значительных объемах используются хлорсодержащие пластики на основе полимеров и сополимеров винилхлорида и винилиденхлорида.

Поливинилхлорид (ПВХ) [-(СН 2 -СНСl-)] n - аморфный полимер линейного строения, в исходном состоянии является жестким материалом При добавке к нему пластификатора можно получить очень пластичный и хорошо сваривающийся материал - пластикат. Из жесткого ПВХ - винипласта - изготавливают листы, трубы, прутки, а из пластиката - пленку, шланги и другие изделия. Из ПВХ изготавливаются также вспененные материалы (пенопласты).

Значительную группу полимеров и пластмасс на их основе составляют полиамиды , содержащие в цепи макромолекул амидные группы [-СО-Н-]. Это в большинстве кристаллические термопласты с четко выраженной температурой плавления. Отечественная промышленность выпускает главным образом алифатические полиамиды, используемые для изготовления волокон, отливки деталей машин, получения пленок. К полиамидам относятся, в частности, широко известные поликапролактам и полнамид-66 (капрон).

Наибольшую известность из группы фторлонов получил политетрафтор-этилен-фторлон-4 (фторопласт 4). В отличие от других термопластов при нагреве он не переходит в вязкотекучее состояние даже при температуре деструкции (около 415°С), поэтому его сварка требует особых приемов. В настоящее время химической промышленностью освоен выпуск хорошо сваривающихся плавких фторлонов; Ф-4М, Ф-40, Ф-42 и др. Сварные конструкции из фторсодержащих пластиков обладают исключительно высокой стойкостью к агрессивным средам и могут воспринимать рабочие нагрузки в широком диапазоне температур.

На основе акриловой и метакриловой кислоты производятся акриловые пластики . Наиболее известная в практике производная на их основе - пластмасса полнметилметакрилат (торговая марка «плексиглас»). Эти пластики, обладающие высокой прозрачностью, используются как светопроводящие изделия (в виде листа, прутков и т. д.) Нашли применение также сополимеры метилметакрилата и акрилонитрила, которые обладают большей прочностью и твердостью. Все пластики этой группы хорошо свариваются.

Хорошей прозрачностью отличается группа пластиков на основе полистирола . Этот линейный термопласт хорошо сваривается тепловыми способами.

Для изготовления сварных конструкций преимущественно в электротехнической промышленности используют сополимеры стирола с метилстиролом, акрилонитрилом, метилметакрилатом и, в частности, акрилонитрилбутадиенстирольные (АБС) пластики. Последние отличаются от хрупкого полистирола более высокой ударной прочностью и теплостойкостью.

В сварных конструкциях находят применение пластмассы на основе поликарбонатов - сложных полиэфиров угольной кислоты. Они обладают более высокой вязкостью расплава, чем другие термопласты, однако свариваются удовлетворительно. Из них изготавливают пленки, листы, трубы и различные детали, в том числе декоративные. Характерными особенностями являются высокие диэлектрические и поляризационные свойства.

Формообразование деталей из пластмасс

Термопласты поставляются для переработки в гранулах размером 3-5 мм. Основными технологическими процессами изготовления полуфабрикатов и деталей из них являются: экструзия, литье, прессование, каландрирование, производимые в температурном интервале вязкотекучего состояния.

Трубопроводы из полиэтиленовых и поливинилхлоридных труб применяют для транспорта агрессивных продуктов, в том числе нефти и газа с содержанием сероводорода и углекислоты и химических (неароматических) реагентов в химическом производстве. Резервуары и цистерны для перевозки кислот и щелочей, травильные ванны и другие сосуды облицовываются пластмассовыми листами, соединяемыми с помощью сварки Герметизация пластикатом помещений, загрязняемых изотопами, покрытие полов линолеумом также осуществляются с помощью сварки. Консервация пищевых продуктов в тубы, коробки и банки, упаковка товаров и почтовых посылок резко ускоряются с применением сварки.

Машиностроительные детали . В химическом машиностроении свариваются корпуса и лопатки различного рода смесителей, корпуса и роторы насосов для перекачки агрессивных сред, фильтры, подшипники и прокладки из фторопласта, из полистирола сваривается осветительная арматура, из капрона неэлектропроводные шестерни, валики, муфточки, штоки, из фторлона - несмазывающиеся подшипники, вытеснители топлива и т д.

Оценка свариваемости пластмасс

Основные стадии процесса сварки

Процесс сварки термопластов состоит в активации свариваемых поверхностей деталей, либо находящихся уже в контакте (), либо приводимых в контакт после ( , и т. д.) или одновременно с активизацией ( , УЗ-сварка).

При плотном контакте активированных слоев должны реализоваться силы межмолекулярного взаимодействия.

В процессе образования сварных соединений (при охлаждении) происходит формирование надмолекулярных структур в шве, а также развитие полей собственных напряжений и их релаксация. Эти конкурирующие процессы определяют конечные свойства сварного соединения. Технологическая задача сварки состоит в том, чтобы максимально приблизить по свойствам шов к исходному - основному материалу.

Механизм образования сварных соединений

Реологическая концепция . Согласно реологической концепции, механизм образования сварного соединения включает два этапа - на макроскопическом и микроскопическом уровнях. При сближении под давлением активированных тем или иным способом поверхностей соединяемых деталей вследствие сдвиговых деформаций происходит течение расплава полимера. В результате этого удаляются из зоны контакта ингредиенты, препятствующие сближению и взаимодействию ювенильных макромолекул (эвакуируются газовые, окисленные прослойки). Вследствие разности скоростей течения расплава не исключено и перемешивание макрообъемов расплава в зоне контакта. Только после удаления или разрушения дефектных слоев в зоне контакта, когда ювенильные макромолекулы сблизятся на расстояния действия Ван-дер-Ваальсовых сил, возникает взаимодействие (схватывание) между макромолекулами слоев соединяемых поверхностей деталей. Этот аутогезионный процесс происходит на микроуровне. Он сопровождается взаимодиффузией макромолекул, обусловленной энергетическим потенциалом и неравномерностью градиента температур в зоне свариваемых поверхностей.

Итак, чтобы образовалось сварное соединение двух поверхностей, необходимо прежде всего обеспечить течение расплава в этой зоне.

Течение расплава в зоне сварки зависит от его вязкости: чем меньше вязкость, тем активнее происходят сдвиговые деформации в расплаве - разрушение и удаление дефектных слоев на контактирующих поверхностях, тем меньшее давление необходимо прилагать для соединения деталей.

Вязкость расплава в свою очередь зависит от природы пластмассы (молекулярной массы, разветвленности макромолекул полимера) и температуры нагрева в интервале вязкотекучести. Следовательно, вязкость может служить одним из признаков, определяющих свариваемость пластмассы: чем она меньше в интервале вязкотекучести, тем лучше свариваемость и, наоборот, чем больше вязкость, тем сложнее разрушить и удалить из зоны контакта ингредиенты, препятствующие взаимодействию макромолекул. Однако нагрев для каждого полимера ограничен определенной температурой деструкции Т д, выше которой происходит его разложение - деструкция. Термопласты различаются по граничным значениям температурного интервала вязкотекучести, т. е. между температурой их текучести Т T и деструкции Т д (табл. 37.2).

Классификация термопластов по их свариваемости . Чем шире интервал вязкотекучести термопласта (рис. 37.3), тем практически проще получить качественное сварное соединение, ибо отклонения по температуре в зоне шва отражаются менее на величине вязкости. Наряду с интервалом вязкотекучести и минимальным уровнем в нем значений вязкости заметную роль играет в реологических процессах при образовании шва градиент изменения вязкости в этом интервале. За количественные показатели свариваемости приняты: температурный интервал вязкотекучести ΔT, минимальное значение вязкости η min и градиент изменения вязкости в этом интервале.

По свариваемости все термопластичные пластмассы можно разбить по этим показателям на четыре группы (табл. 37.3).

Сварка термопластичных пластмасс возможна, если материал переходит в состояние вязкого расплава, если его температурный интервал вязкотекучести достаточно широк, а градиент изменения вязкости в этом интервале минимальный, так как взаимодействие макромолекул в зоне контакта происходит по границе, обладающей одинаковой вязкостью.

В общем случае температура сварки назначается, исходя из анализа термомеханической кривой для свариваемой пластмассы, принимаем ее на 10-15° ниже Т д. Давление принимается такое, чтобы эвакуировать расплав поверхностного слоя в грат либо разрушить его, исходя из конкретной глубины проплавления и теплофизических показателей свариваемого материала. Время выдержки t CB определяется исходя из достижения квазистационарного состояния оплавления и проплавления либо по формуле

где t 0 - константа, имеющая размерность времени и зависящая от толщины соединяемого материала и способа нагрева; Q - энергия активации; R - газовая постоянная; Т - температура сварки.

При экспериментальной оценке свариваемости пластмасс фундаментальным показателем является длительная прочность сварного соединения, работающего в конкретных условиях по сравнению с основным материалом.

Испытываются образцы, вырубленные из сварного соединения, на одноосное растяжение. При этом временной фактор моделируется температурой, т. е. используется принцип температурно-временной суперпозиции, основанный на допущении, что при данном напряжении связь между длительной прочностью к температурой однозначна (метод Ларсона-Миллера).

Методы повышения свариваемости

Схемы механизма образования сварных соединений термопластов . Повышение их свариваемости может производиться за счет расширения температурного интервала вязкотекучести, интенсификации удаления ингредиентов или разрушения дефектных слоев в зоне контакта, препятствующих сближению и взаимодействию ювенильных макромолекул.

Возможно несколько путей:

введение в зону контакта присадки в случае недостаточного количества расплава (при сварке армированных пленок), при сварке разнородных термопластов присадка по составу должна обладать сродством к обоим свариваемым материалам;

введение в зону сварки растворителя или более пластифицированной присадки;

принудительное перемешивание расплава в шве путем смещения соединяемых деталей не только вдоль линии осадки, но и возвратно-поступательно поперек шва на 1,5-2 мм или наложением ультразвуковых колебаний. Активизация в зоне контакта перемешивания расплава может производиться после оплавления стыкуемых кромок нагревательным инструментом, имеющим ребристую поверхность. Свойства сварного соединения могут быть улучшены последующей термической обработкой соединения. При этом снимаются не только остаточные напряжения, но возможно исправление структуры в шве и околошовной зоне, особенно у кристаллических полимеров. Многие из изложенных мероприятий приближают свойства сварных соединений к свойствам основного материала.

При сварке ориентированных пластмасс во избежание потери их прочности вследствие переориентации при нагреве до вязко-текучего состояния полимера применяют химическую сварку, т. е. процесс, при котором в зоне контакта реализуются радикальные (химические) связи между макромолекулами. Химическую сварку применяют и при соединении реактопластов, детали из которых не могут переходить при повторном нагреве в вязкотекучее состояние. Для инициирования химических реакций в зону соединения при такой сварке вводят различные реагенты в зависимости от соединяемого вида пластмасс. Процесс химической сварки, как правило, производится при нагреве места сварки.

Волченко В.Н. Сварка и свариваемые материалы т.1. -M. 1991

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.