ПЛАСТМАССЫ. МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ НА ИХ ОСНОВЕ

Вопросы темы

1. Общие понятия. Классификация

2. СТРУКТУРА и КОМПОНЕНТЫ ПЛАСТМАСС

3. Основные свойства пластмасс

4. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ ПЛАСТМАСС

ПЛАСТМАССЫ

Пластмассами называют обширную группу органических материалов, основу которых составляют искусственные или природные высокомолекулярные соединения — полимеры, способные при нагревании и давлении формоваться и устойчиво сохранять приданную им форму.

Главными компонентами пластмасс являются:

1. связующее вещество — полимер;

2. наполнители в виде органических или минеральных порошков, волокон, нитей, тканей, листов;

3. пластификаторы;

4. стабилизаторы,

5. отвердители и

6. красители.

Классификация пластмасс

В основу классификации пластмасс положены:

• физико-механические свойства,

• структура

• отношение к нагреванию.

По физико-механическим свойствам все пластмассы разделяют на пластики и эластики.

Пластики бывают жесткие, полужесткие и мягкие.

Жесткие пластики — твердые упругие материалы аморфной структуры с высоким модулем упругости (свыше 1000 МПа) и малым удлинением при разрыве, сохраняющие свою форму при внешних напряжениях в условиях нормальной или повышенной температуры.

Полужесткие пластики — твердые упругие материалы кристаллической структуры со средним модулем упругости (выше 400 МПа), высоким относительным и остаточным удлинением при разрыве, причем остаточное удлинение обратимо и полностью исчезает при температуре плавления кристаллов.

Мягкие пластики — мягкие и эластичные материалы с низким модулем упругости (не выше 20 МПа), высоким относительным удлинением и малым остаточным удлинением, причем обратимая деформация исчезает при нормальной температуре с замедленной скоростью.

Эластики — мягкие и эластичные материалы с низким модулем упругости (ниже 20 МПа), поддающиеся значительным деформациям при растяжении, причем вся деформация или большая ее часть исчезает при нормальной температуре с большой скоростью (практически мгновенно).

По строению полимерной цепи различают пластмассы

карбоцепные (главная цепь состоит преимущественно из атомов углерода) и

гетероцепные (в состав главной цепи кроме углерода входят кислород, азот и другие элементы).

Фундаментом наиболее распространенных карбоцепных полимеров является четырехвалентный атом углерода, обладающий способностью вступать в гомополярные связи, в результате чего из многократно повторяющихся мономерных элементов образуются цепные молекулы теоретически неограниченной длины (макромолекулы), где n - коэффициент повторения, определяющий молекулярную массу; R - любой радикал, например, -Н-СНз-С, и т.д.

Полиуретан. Гетероцепной полимер.	Белки

Структура и компоненты пластмасс

Структура пластмасс зависит от введения в нее наряду с полимером других компонентов.

Последнее позволяет делить пластмассы на

• ненаполненные,

• газонаполненные,

• наполненные

• составные.

Газонаполненные пластмассы (ГП) — полимерные материалы, являющиеся дисперсными системами типа твердое тело —газ. ГП делятся на пенопласты, содержащие преимущественно замкнутые поры или ячейки, и поропласты, или губчатые материалы, содержащие преимущественно открытые сообщающиеся поры. В зависимости от упругоэластичных свойств ГП условно делят на жесткие, полужесткие и эластичные. ГП могут быть получены практически из любых полимеров — связующих. Большой интерес вызывают новые ГП — интегральные пенопласты. Они имеют пористость, переменную по толщине материала. Высокопористые внутренние слои обеспечивают важнейшие свойства этих ГП, а плотные поверхностные существенно повышают прочность. К перспективным ГП относят также и синтактические пены сферопласты — пластики с полым наполнителем (микросферами), которые в отличие от пенопластов получают без вспенивания. Эти материалы имеют только закрытую структуру ячеек. Пористость ГП определяет их низкую кажущуюся плотность (20. .. 820 кг/м3) и высокие тепло-, звуко— и электроизоляционные характеристики.

Образования пенистой структуры достигают вследствие разложения при нагреве специально введенных в состав исходной композиции газообразователей (порофоров), вспениванием жидкой смолы (эмульсии) продувкой азотом, самовспениванием за счет выделяющихся побочных продуктов реакции между жидкими компонентами полимерной массы, вспениванием при действии на полимер проникающей радиации.

Распространены термопластичные пенопласты — пенополиэтилен (ППЭ), пенополистирол (ПС) и пенополивинилхлорид (ПХВ), которые используют в диапазоне температур ± 60 °С. ПС и ППЭ радиопрозрачны. По химической стойкости, горючести, устойчивости к воздействию растворителей, окислителей и света ПС и ПХВ аналогичны невспененным полимерам.

Термостабильные пенопласты ФК с добавкой в их состав алюминиевой пудры (ФК—20—А—20) в неокис-ляющей атмосфере работают до 350. .. 500 °С. Полученные путем карбонизации из обычных марок особые сорта пенофенопластов обладают термостабильностью до 1000 °С.

Пенопласты на кремнийорганичес-ком термореактивном связующем холодного и горячего отверждения способны длительно (сотни часов) сохранять хорошие диэлектрические и теплоизоляционные свойства при 250 СС и кратковременно (несколько часов) до 350 °С. Введение наполнителя повышает температурный предел до 350 и 450 °С, соответственно.

Распространенным самовспенивающимся пенопластом является пенополиуретан (ПУ), отличающийся стойкостью к старению, действию смазочных масел и топлив до 100 °С. Зависимость предела прочности при сжатии от температуры некоторых пенопластов приведена на рис. 174.

Пенопласты применяют в качестве легкого конструкционного материала в трехслойных панелях для тепло-, звуко-, виброизоляции кабин, контейнеров, калсулирования приборов, в антенных обтекателях, плавучих и спасательных устройствах и т. д.

Поропласты получают путем введения в эластичный полимер веществ, которые способны выкипать при нагреве или вымываться водой, образуя сообщающиеся поры. Их кажущаяся объемная масса составляет 25 … 45 кг/м3. Поропласты используют как амортизационный, вибродемпфирующий и звукопоглощающий материал.

Пластики с полым наполнителем — синтактические пены — получают равномерным распределением в полимерном связующем металлических, стеклянных, керамических или полимерных микросфер диаметром 20 … 70 мкм.

Для них характерны повышенная удельная прочность, равномерная плотность, малая усадка, отсутствие поглощения жидкости. Изготовляют из них глубоководные поплавки, системы подводных спасательных работ, наполнитель в трехслойных панелях, светоотражающие и абляционные покрытия.

Ненаполненные пластмассы – (отсутствуют наполнители) состоят из полимера, иногда из красителя, пластификатора и стабилизатора;

газонаполненные кроме указанных материалов содержат газовую фазу

наполненные пластмассы, состоящие из полимера и наполнителя.

Полимеры

В технологии строительных пластмасс полимеры, получаемые синтезом из простейших веществ (мономеров), по способу производства подразделяются на два класса:

класс А — полимеры, получаемые цепной полимеризацией, класс (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиизобутилен, полистирол, поливинил ацетат, полиакрилаты и кумароноинденовые полимеры);

класс Б — полимеры, получаемые поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией (фенолоальдегидные, фенолоформальдегидные и резорциноформальдегидные полимеры, полимеры на основе амидо- и аминоформальдегидной поликонденсации, глифталевый полимер, полиуретаны, полиэфирмалеинатные и полиэфиракрилатные полимеры, а также кремнийорганические и эпоксидные полимеры).

Наполнители:

• порошкообразные,

• волокнистые ;

• слоистые.

Порошкообразные наполнители — кварцевая мука, мел, барит, тальк — и органические (древесная мука):

• удешевляют материал;

• улучшают пластмассам свойства (теплостойкость, кислотостойкость и т. д.);

• повышают твердость, увеличивают долговечность.

Волокнистые наполнители — асбестовое, древесное и стекловолокно — широко используют в производстве пластмасс;

• повышают прочность

• снижают хрупкость,

• повышают теплостойкость

• повышают ударную вязкость пластмасс.

Слоистые наполнители — бумага, хлопчатобумажная и стеклянная ткани, асбестовый картон, древесный шпон и другие придают высокую прочность пластмассам.

Вспомогательные компоненты пластмасс

Пластификаторы применяют для

• придания пластмассе большей пластичности при нормальной температуре,

• облегчают переработку снижая температуру перехода полимера в вязкотекучее состояние (например, глицерин, диокрилфталат).

Количество пластификатора в пластмассе может достигать 30...50% от массы полимера. Они должны быть химически инертными, малолетучими и нетоксичными веществами.

Стабилизаторы и отвердители; первые способствуют сохранению свойств пластмасс во времени, а вторые сокращают время отверждения пластмасс.

Красители применяют для придания пластмассам определенного цвета. Они должны быть стойкими во времени, не должны выцветать под действием света и т. д. В качестве красителей используют как органические (нигрозин, пигмент желтый, хризоидин и др.) так и минеральные пигменты (охра, мумия, сурик, белила, оксид хрома, ультрамарин и др.)

Катализаторы вводят для сокращения времени отверждения пластмасс, например для фенолоформальдегидного полимера ускорителем являются известь и уротропин.

Смазывающие материалы применяют для предотвращения прилипания пластмасс к формам, в которых изготовляют изделия. В качестве смазки используют стеарин, олеиновую кислоту и др.

По отношению к нагреванию пластмассы делят на

• термопластичные

• термореактивные.

Термопластичные материалы (полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и др.) при нагревании размягчаются и приобретают пластичность, а при охлаждении отвердевают.

Из этих материалов можно отливать, вытягивать и штамповать различные изделия. Недостатком этих пластмасс являются незначительная прочность и теплостойкость.

Термореактивные материалы (реактопласты) при нагревании переходят в неплавкое, нерастворимое твердое состояние и безвозвратно утрачивают свойства плавиться. Эти материалы обладают повышенной теплостойкостью. К ним относятся аминопласты и пластмассы на основе полиэфирных и эпоксидных смол.