9.1. Общие сведения

Пластическими массами называют материалы, содержащие в качестве важнейшей составной части высокомолекулярные соеди­нения - полимеры и обладающие пластичностью на определенном этапе производства, которая полностью или частично теряется после отверждения полимера.

Молекулы высокомолекулярных соединений состоят из нескольких тысяч или даже сотен тысяч атомов. Чаще всего макро­молекулы таких соединений построены путем многократного пов­торения определенных структурных единиц. Степенью полимери­зации называют число структурных единиц, содержащихся в одной макромолекуле.

Молекулярная масса низкомолекулярных соединений обычно не превышает 500. Вещества, имеющие промежуточные значения моле­кулярной массы, называют олигомерами. К ним относятся природные и искусственные смолы используемые для производства пластмасс.

Высокомолекулярные соединения встречаются в природе. К ним принадлежит натуральный каучук, целлюлоза, шелк, шерсть, янтарь и др.

9.2. Состав и свойства

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

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 характеристики прочности и деформативности. Связующее вещество - это обычно самый дорогой компо­нент пластмассы. Полимерные связующие служат основой композиционных материалов.

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, содержащий фенол и другие ком­поненты.

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

Наполнители представляют собой разнообразные неорганические и органические порошки и волокна. В виде наполнителей слоистых пластмасс широко применяют также бумагу, ткани, древесный шпон и другие листовые материалы. Наполнители значительно 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 - это вещества, добавляемые к полимеру для повышения его высокоэластичности 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 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.

Положительным свойством пластмасс является то, что 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 разрыве 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-°С), 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. Обычные стекла пропускают менее 25% ультрафиолетовых лучей, тогда как органические наоборот - более 70%; они легко окрашиваются в различные цвета. Следует отметить их значительно меньшую плотность. Так, стекло из полистирола имеет плотность 1060 кг/м, 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 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 имеют ряд недостатков:

низкая теплостойкость (от +70 до +200°С);

малая поверхностная твердость;

высокий коэффициент термического расширения. Он колеблется в пределах 25-120-10"⁶, т.е. 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.

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