Состав и свойства пластмасс

Пластмассы получают:

из связующего вещества и наполнителя, специальные добавки-пластификаторы, отвердители, стабилизаторы и красители.

Связующим веществом в пластмассах служат различные полимеры - синтетические смолы и каучуки, производные целлюлозы. Связующее вещество - это обычно самый дорогой компонент пластмассы. Полимерные связующие служат основой композиционных материалов.

Связующее вещество определяет технические свойства изделий из пластмасс:

-теплостойкость,

-способность сопротивляться воздействию растворов кислот, щелочей и других агрессивных веществ,

-характеристики прочности и деформативности.

Наполнители представляют собой разнообразные неорганические и органические порошки и волокна.

Наполнители значительно уменьшают потребность в дорогом полимере и тем самым намного удешевляют изделия из пластмасс.

Наполнители:

повышают теплостойкость, волокна ткани и листовой материалы сильно повышают сопротивление растяжению и изгибу, действуя подобно арматуре в железобетоне.

Пластификаторы - это вещества, добавляемые к полимеру для повышения его высокоэластичности и уменьшения хрупкости (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 вводят и другие добавки, Вещества, являющиеся инициаторами реакции полимеризации, ускоряют процесс отверждения пластмасс и их поэтому называют отвердителями.

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.

Положительные свойства пластмасс:

- малая плотность в пределах от 20 до 2200 кг/м³

- высокие прочностные характеристики - у текстолита предел прочности при разрыве достигает 150 МПа, у древопластиков равен 350 МПа. Пределы прочности при сжатии этих материалов также достаточно высоки, например, у древопластиков порядка 200 МПа.

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

- высокая химическая стойкость;

- высокая устойчивость к коррозионным воздействиям; - способность окрашиваться в различные цвета;

- малая истираемость некоторых пластмасс (для покрытия полов);

-прозрачность пластмасс (Обычные стекла пропускают менее 1% ультрафиолетовых лучей, тогда как органические наоборот - более 70%; они легко окрашиваются в различные цвета);

- технологическая легкость обработки (пиление, сверление, фрезерование, строгание, обточка и др.), позволяющая придавать изделиям из пластмасс разнообразные формы.

- поддаются склеиванию как между собой, так и с другими материалами (например, с металлом, деревом и др.).

Недостатки пластмасс:

- низкая теплостойкость (от +70 до +2ОО°С);

- малая поверхностная твердость;

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

- повышенная ползучесть, особенно заметная при повышении температурного режима; - горючесть с выделением вредных газов;

- токсичность при эксплуатации.

- сроки их службы. Вместе с тем создаются саморазрушающие пластмассы, чтобы не скапливать бытовых отходов.

Классификация и строение полимеров.

По составу основной цепи макромолекул полимеры делят на три группы:

карбоцепные полимеры, молекулярные цепи которых содержат лишь атомы углерода (полиэтилен, полиизобутилен и т.п.):

-С-С -С-С-;

гетероцепные полимеры, в состав молекулярных цепей которых, входят кроме атомов углерода атомы кислорода, серы, азота, фосфора (эпоксидные, пол иуретановые, полиэфирные полимеры и т.п.):

-С-О-С-О-;

элементоорганические полимеры, в основных молекулярных цепях которых содержатся атомы кремния, алюминия, титана и некоторых других элементов, не входящих в состав органических соединений, например, кремнийорганические соединения:

Синтетические полимеры делят в зависимости от метода получения на полимеризационные и поликонденсационные.

Полимеризационные полимеры (полиэтилен, полиизобутилен, полистирол, полиметил метакрилат и т.п.) получают преимущественно методами полимеризации. Полимеризации могут подвергаться только такие мономеры, в молекулах которых содержатся кратные связи (или циклические группировки). За счет этих связей (или за счет раскрытия цикла) у молекул исходного вещества образуются свободные валентности, которыми они соединяются между собой в макромолекулы. Поскольку в процессе полимеризации не отщепляются атомы и атомные группы, химический состав полимера и мономера одинаков.

Поликонденсоционные полимеры (фенолоальдегидные, мочевиноальдегидные, эпоксидные, полиэфирные, полиамидные и т.п.) получают методами поликонденсации. При поликонденсации макромолекулы образуются в результате химического взаимодействия между функциональными группами, находящимися в молекулах исходных веществ; это взаимодействие сопровождается отщеплением молекул побочных продуктов: воды, хлористого водорода, аммиака и др-

В связи с этим химический состав получаемого полимера отличается от состава исходных низкомолекулярных веществ. По внутреннему строению различают линейные и пространственные (с поперечными связями и сетчатые) полимеры.

Линейные полимеры состоят из длинных нитевидных макромолекул, связанных между собой слабыми силами межмолекулярного взаимодействия, Однако наличие в структурных единицах составляющих полимер полярных группировок атомов усиливает взаимодействие между цепями.

Линейные полимеры при нагреве размягчаются и переходят в вязкоупругое (каучукоподобное) состояние, поскольку межмолекулярные силы и водородные связи между их цепями преодолеваются при сравнительно умеренном повышении температуры. Они являются термопластичными.

Термопластичными (термопластами) называют полимеры, способные деформироваться при мех. или термическ. воздействии, но после прекращ. воздействия не могут вернуться к своей форме.

В пространственных (трехмерных) полимерах прочные химические связи между цепями приводят к образованию единого пространственного каркаса. Пространственные структуры гораздо хуже деформируются, чем структуры из линейных молекул.

При образовании сплошной пространственной структуры полимер приобретает свойства твердого упругого тела (типа эбонита). Различие во внутреннем строении линейных полимеров и полимеров с жестким пространственным каркасом отчетливо проявляется при нагревании.

В пространственных полимерах с жестким каркасом ковалентные связи между цепями имеют прочность того же порядка, что и прочность связей внутри цепи. Для разрыва таких связей тепловым движением требуется высокая температура, которая может вызвать разрыв связей не только между цепями, но и внутри цепей. Эти полимеры являются термореактивными.

Термореактивными (или реактопластами) называют полимеры, способные деформироваться при мех. или термическ. воздействии, но после этого теряют способность к деформациям. Следовательно, термореактивные полимеры при повышении температуры ведут себя подобно древесине: при высокотемпературном нагреве они претерпевают деструкцию и загораются.

Дата добавления: 2015-07-10