Сведения о пластмассах. Классификация пластмасс

Пластическими массами (пластмассами, пластиками) называют материалы на основе полимеров и их композиции с различными ингредиентами, способные при определенных условиях (температуре, давлении) формоваться в изделия и сохранять приданную им форму.

Пластические массы во все возрастающих масштабах заменяют такие традиционные материалы, как металл, древесина, кожа и ряд других. В электротехнической и радиотехнической промышленности пластмассы используются в качестве конструкционных и изоляционных материалов, в машиностроении пластмассы применяют для производства конструкционных элементов машин и механизмов, некоторые виды пластмасс, обладающие высокой стойкостью в агрессивных средах, используются в химическом и нефтяном машиностроении. Особенно высокий эффект дает применение пластмасс в тяжелом, энергетическом, транспортном и химическом машиностроении, автомобиле- и приборостроении, благодаря их антифрикционным и фрикционным качествам. Широкое применение пластмассы находят также в строительстве. Пластические массы обладают такой комбинацией свойств, которые в наибольшей степени отвечают требованиям современного технического прогресса.

К важным их свойствам относятся малый удельный вес, высокая механическая прочность, хорошая обрабатываемость, широкая палитра цветов, красивый внешний вид и многое другое. Некоторые пластмассы (полиметилметакрилат, поликарбонаты и др.) бесцветны и обладают высокой прозрачностью. Свойства пластмасс обусловлены видом полимера, типом наполнителя, способом производства, содержанием добавок и другими факторами.

Положительные свойства пластмасс обусловлены их малой плотностью: от 10–20 кг/м³ до 2200 кг/м³. Пластические массы обладают очень высокими электроизоляционными свойствами, низкой теплопроводностью, теплоизолирующими свойствами, универсальной химической стойкостью, обеспечивают защиту от радиоактивных излучений, способны отражать или пропускать световые, звуковые и радиоволны. Изделия из пластмасс имеют высокую гигиеничность, декоративность, износостойкость.Пластмассы способны окрашиваться в различные цвета, некоторые из них прозрачны. Пластмассы легко обрабатываются (режутся, сверлятся, пилятся и т.д.), хорошо свариваются и склеиваются как между собой, так и с другими материалами.

Недостатки пластмасс: склонность к старению, сравнительно низкая теплостойкость (большинство из них теплостойки лишь в небольшом интервале температур: от минус 60 до плюс 150 °С, некоторые размягчаются уже при 60–80 °С), низкая поверхностная твердость и малая жесткость, высокая стоимость некоторых видов. При длительном действии напряжений пластмассы склонны к необратимой деформации – ползучести, которая резко возрастает с повышением температуры. Большинство пластмасс относится к сгораемым материалам. Некоторые пластичные материалы обладают токсичностью, чрезвычайно токсичными могут быть вещества, выделяемые при горении пластмасс. Но, не смотря на их недостатки, области применения пластмасс все расширяются, что объясняет ежегодно увеличивающийся объем их производства.

Признаками классификации пластмасс являются: химический состав, вид связующего вещества, вид наполнителя, внешний вид, применение, эксплуатационные свойства и другие признаки.

По химическому составу все полимеры подразделяются на: органические, элементоорганические, неорганические. Органические полимеры образованы с участием органических радикалов (CH₃, C₆H₅, CH₂). Это смолы и каучуки. Элементоорганические полимеры содержат в основной цепи органических радикалов неорганические атомы (Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами. В природе их нет. Искусственно полученный представитель – кремнийорганические соединения. Неорганические полимеры составляют оксиды Si, Al, Mg, Ca и др. Углеводородный скелет отсутствует. К ним относятся керамика, слюда, асбест. Ученым удалось синтезировать оксиды нового класса – фуллереноиды. На их основе ученые уже создают новый тип полимерных материалов.

Следует отметить, что в технических материалах часто используют сочетания отдельных групп полимеров. Это композиционные материалы (например, стеклопластики).

По виду связующего вещества пластмассы делят на две основные группы: пластмассы на основе синтетических полимеров и пластмассы на основе природных модифицированных полимеров. Пластмассы на основе синтетических полимеров (смол), включающие две подгруппы, на основе полимеризационных смол и на основе поликонденсационных смол. Среди полимеров, получаемых путем полимеризации, наибольшее распространение получили полиолефины (полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен), полистирол и его сополимеры, поливинилхлорид, фторсодержащие полимеры, полиакрилаты. К поликонденсационным пластмассам относят, как правило, двух- или многокомпонентные системы – фенопласты, аминопласты, полиамиды, полиуретан, поликарбонаты, эпоксидные, кремнийорганические и алкидные смолы, полиэтилентерефталат и др.

Пластмассы на основе природных модифицированных (видоизмененных) полимеров. Нитроцеллюлоза (или нитрат целлюлозы) была, вероятно, самым первым пластическим материалом, производство которого принесло коммерческий успех. Ее получают обработкой хлопковой или древесной целлюлозы смесью азотной и серной кислот. Целлюлоза - природный полимер, состоящий из глюкозных единиц, каждая из которых содержит три гидроксильные группы; последние реагируют с азотной кислотой, причем каждая из гидроксильных групп реагирует независимо от других. При низких степенях нитрования получается слегка желтый, прозрачный, твердый, упругий формуемый пластик, известный под названием целлулоида, который обычно комбинируют с наполнителями, пигментами, пластификаторами и стабилизаторами для приготовления очень полезного материала для литьевого и выдувного формования и для производства листов и покрытий. Если вместо азотной кислоты для реакции с гидроксильными группами целлюлозных цепей используют органические кислоты (обычно это уксусная, пропионовая или масляная кислоты), то получают соответственно ацетат, пропионат или бутират целлюлозы. Получаемый при этом линейный термопласт аморфен, бесцветен, прозрачен, прочен и тверд, он используется для производства волокон, пленок, листов, изделий, изготовляемых литьевым формованием, а также покрытий и лаков. Реакция с алкилгалогенидами, например этилхлоридом, протекает в присутствии щелочей. Наиболее важными продуктами этого типа являются этилцеллюлоза и бензилцеллюлоза - линейные термопласты, представляющие собой прозрачные твердые материалы, пригодные для литьевого формования и изготовления листов, волокон и покрытий.

По характеру макроструктуры (составу) пластмассы подразделяют на однородные и неоднородные (композиционные). Однородные пластмассы состоят из одного связующего вещества, т. е. из чистых смол (иногда вводят пластификаторы и красители), это полиэтилен, полипропилен, полистирол и др. Чаще всего их поставляют в гранулированном виде. Неоднородные (композиционные) пластмассы содержат связующее вещество и различные добавки (наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители и другие компоненты), позволяющие повысить уровень потребительских свойств материалов, их перерабатываемость, устойчивость к воздействию внешних факторов при эксплуатации и хранении, улучшить эстетические и другие свойства.

Одним из важнейших компонентов пластмасс являются наполнители, содержание наполнителей в пластмассах, как правило, не превышает 50 %, составляя в отдельных случаях до 90 %. С увеличением содержания наполнителя в пресскомпозициях и волокнитах затрудняется переработка композиций, вследствие уменьшения их текучести. В зависимости от типа применяемого наполнителя и степени его измельчения неоднородные пластмассы подразделяют на: пресс-порошковые, волокнистые, слоистые и газонаполненные. Пресс-порошковые — это смеси измельченной смолы с порошкообразным наполнителем, красителем и другими компонентами; к ним относят фенопласты, аминопласты.

По сортаменту пластмассы выпускаются в виде порошков, гpaнул, таблеток, волокон; в виде полуфабрикатов – листов, пластин, плит, труб. Листовые материалы толщиной до 0,5 мм откосят к пленкам. Листовые пластмассы толщиной от 0,5 до 2 мм называют обычно листами; от 2 до 8 мм — пластинами и более 8 мм — плитами. Некоторые виды реактопластов производятся в жидком виде и удобны для пропитки, наполнителей, склеивания, нанесения покрытий.

По способу переработки в изделия пластмассы делятся на прессовочные и литьевые. Прессовочные материалы обычно являются термореактивными композициями и перерабатываются в изделия методами горячего прессования. Литьевые массы представляют собой термопластичные композиции и перерабатываются в изделия методами литьевого прессования — выдавливания, выдувания, экструзией и др. Методы переработки пластмасс классифицируют на группы в зависимости от физического состояния полимерного связующего в материале (вязкотекучее, высокоэластичное, твердое (стеклоподобное), жидкое).

В зависимости от применения пластмассы достаточно условно подразделяют: для производства упаковки для пищевых продуктов; для работы в соприкосновении с агрессивными средами; для работы при действии кратковременной или длительной механической нагрузки; для работы при низких температурах (до минус 40 – 60 °С); антифрикционного назначения; электро- и радиотехнического назначения; для получения прозрачных изделий; тепло- и звукоизоляционного назначения (газонаполненные материалы); прочие.

По отношению к нагреванию различают пластмассы термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты). Термопластами называют композиции, которые при нагревании способны переходить в высокоэластическое или вязко-текучее состояние, а при охлаждении возвращаются в твердое – кристаллическое или стеклообразное состояние, сохраняя при этом прежние свойства. Поэтому термопласты (их отходы) можно перерабатывать в изделия несколько раз. Термопластами являются полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, полистирол, фторопласты, полиакрилаты, полиамиды, поликарбонаты и другие, а также композиции на основе полимеров природного происхождения, таких как нитроцеллюлоза, ацетил целлюлоза и другие. Термореактивными (реактопластами) называют пластмассы, которые при нагревании переходят в высокоэластическое или вязкотекучее состояние под действием температуры лишь в краткий период, соответствующий времени необходимому для формования изделий, а затем теряют способность к таким переходам в связи с образованием трехмерной сшитой химическими связями пространственной сетки. К реактопластам относят пластмассы на основе феноло-формальдегидных, меламино-формальдегидных, эпоксидных смол, ряда полиуретанов, эфиропластов и других ВМС.

По жесткости пластмассы условно подразделяют на жесткие (фенопласты, аминопласты, полистирол), полужесткие (полиэтилен, полипропилен, полиамиды, поливиниловый спирт) и мягкие (поливинилхлоридный пластикат, пенополиуретан и др.).

По прозрачности пластические материалы бывают различной степени прозрачности - от прозрачных до матовых. Все аморфные полимеры прозрачны, тогда как в частично-кристаллических полимерах появляется некоторая мутность из-за различий в показателях преломления кристаллических и аморфных областей, которые неодинаково отклоняют световые лучи; при этом свет рассеивается и материал выглядит мутным. Аморфные полимеры - светлые и прозрачные. Степень прозрачности оценивается по пропусканию света. У полиметилметакрилатов она наибольшая (свыше 90% светопропускания); полистирол и органические простые и сложные эфиры целлюлозы также обладают хорошей светопроницаемостью.

По совокупности параметров эксплуатационных свойств различают пластмассы общетехнического, специального и декоративного назначения. К пластмассам специального назначения предъявляются повышенные специальные требования, к ним относятся конструкционные, фрикционные, антифрикционные, химически стойкие, электроизоляционные и др. Пластмассы общетехнического назначения имеют более низкие характеристики параметров эксплуатационных свойств, работают в не- или слабонагруженном состоянии при обычной и средних температурах (до 55 °С). К пластмассам декоративного назначения предъявляют высокие требования по эстетическим свойствам, по поверхностной твердости. Строение и свойства пластических масс принципиально зависят от их основы - связующего вещества, роль которого выполняет полимер.

Дата добавления: 2015-08-27