24.2. Пластические массы

Пластмассы — это синтетические материалы, получаемые на основе органических и элементоорганических полимеров. Пластмассы состоят из нескольких компонентов — полимера, как связующего вещества, наполнителя, пластификатора и др.

Обязательным компонентом является связующее вещество. Такие простые пластмассы, как полиэтилен, вообще состоят из одного связующего вещества. Свойства пластмасс определяются свойствами полимеров, составляющих их основу.

Наполнителями служат твердые материалы органического и неорганического происхождения. Они придают пластмассам прочность, твердость, теплостойкость, а также некоторые специальные свойства, например антифрикционные, или, наоборот, фрикционные. Кроме того, наполнители снимают усадку при прессовании.

Пластификаторы представляют собой нелетучие жидкости с низкой температурой замерзания. Их вводят для расширения температурной области высокоэластического состояния, они снижают жесткость пластмасс и температуру хрупкости.

В состав пластмасс могут также входить стабилизаторы, применяемые для предотвращения старения, красители и другие вещества.

Для пластмасс характерны следующие свойства.

• Малая плотность (обычно 1,0 — 1,8 г/см³, в некоторых случаях до 0,02 — 0,04 г/см³).

• Высокая коррозионная стойкость. Пластмассы не подвержены элек- трохимической коррозии, на них не действуют слабые кислоты и щелочи. Есть пластмассы, стойкие к действию концентрированных кислот и щелочей. Большинство пластмасс безвредны в санитарном отношении

. • Высокие диэлектрические свойства.

• Хорошая окрашиваемость в любые цвета. Некоторые пластмассы могут быть изготовлены прозрачными, не уступающими по своим оптическим свойствам стеклам.

• Механические свойства широкого диапазона. В зависимости от природы выбранных полимеров и наполнителей пластмассы могут бьпь твердыми и прочными или же гибкими и упругими. Ряд пластиков по своей механической прочности превосходит чугун и бронзу. При одной и той же массе пластмассовая конструкция может по прочности соответствовать стальной.

• Антифрикционные свойства. Пластмассы могут служить полноценными заменителями антифрикционных сплавов (оловянистых бронз, баббитов и др.). Например, полиамидные подшипники скольжения длительное время могут работать без смазки.

• Высокие теплоизоляционные свойства. Все пластмассы, как правило, плохо проводят теплоту, а теплопроводность таких теплоизоляторов, как пено- и поропласгы, почти в 10 раз меньше теплопроводности обычных пластмасс.

• Высокие адгезионные свойства.

• Хорошие технологические свойства. Изделия из пластмасс изготовляют способами безотходной технологии (без снятия стружки) — литьем, прессованием, формованием с применением невысоких давлений в вакууме.

Недостатком большинства пластмасс является их невысокая теплостойкость (до 100 — 120⁰С). В настоящее время температурный потолок для некоторых видов поднялся до 300 — 400⁰С. Пластмассы могут работать при умеренно низких температурах (до — 70⁰С), а в отдельных случаях — при криогенных температурах. Недостатками пластмасс также являются их низкая твердость, склонность к старению, ползучесть, нестойкость к большим статическим и динамическим нагрузкам. Однако положительные свойства значительно превышают их отрицательные свойства, что обусловливает высокие темпы ежегодного роста производства пластмасс.

Пластмассы подразделяют:

- по виду наполнителя: с порошкообразным наполнителем (пресс- порошки), с волокнистым наполнителем (волокниты или пресс-материалы), с тканым и листовым наполнителем (слоистые пластики), газонаполненные и т. д.;

- по химической природе наполнителя: стеклопластики, углепластики, пластики с древесным наполнителем, с хлопчатобумажным наполнителем, с минеральным наполнителем (кварцевая мука), заполненные синтетическими волокнами, (полипропиленовым, капроновым, фторлоном и др.);

- по типу связующего (полимера). Так, пластики на основе фенольных и феноло-альдегидных смол носят название ф е н о п л а с т о в, на основе эпоксидных смол - э п о к с и п л а с т ы, полиамидных смол — а м и д о п л а с т ы и т.д.;

- по назначению: конструкционные, электротехнические, химически стойкие, селективные (мембранные) и др.

Пресс-порошками называют композиционные пластмассы с порошкообразным opгaническим (древесная мука, целлюлоза) или минеральным наполнителем (кварцевая мука, микроасбест и др).

Прессматериалы — это пластмассы с волокнистым наполнителем (хлопковые очесы, асбестовые, стеклянные, хлопчатобумажные волокна и др.). В качестве связующих применяют различные полимеры — синтетические смолы: феноло-формальдегидные, карбамидные, эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические и другие.

Пресс-порошки и пресс-материалы относятся к термореактивным пластмассам и предназначены для переработки в изделия методом прессования.

Из таких материалов изготавливают корпуса приборов, различные панели (в том числе и строительных конструкций), рукоятки, разные электротехнические и радиотехнические изделия (разъемы, изоляторы, платы печатных схем), резьбовые соединения, подшипники скольжения, тормозные колодки и диски, различные опорные, распределительные и другие устройства химических аппаратов, детали насосов, краны, трубы и трубную арматуру, изделия бытового назначения и т. д.

Слоистые пластики содержат листовые наполнители, уложенные слоями. В качестве наполнителей для слоистых пластиков используют материалы органического и неорганического происхождения такие, как бумага, картон, хлопчатобумажные и стеклянные ткани, древесный шпон и др. В зависимости от вида наполнителя различают следующие слоистые пластики: гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, древеснослоистые пластики. Связующими при производстве слоистых пластиков служат такие полимеры, как фенолоформальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические и некоторые другие смолы.

Газонаполненные пластмассы - представляют собой гетерогенные системы, состоящие из твердой или упругоэластической фазы — связующего и газообразной фазы — наполнителя.

В зависимости от макроструктуры газонаполненные пластмассы делятся на пенопласты и поропласты.

Пенопласты — жесткие материалы. В них полимерная основа образует систему замкнутых изолированных ячеек, заполненных газом. Имеют малую объемную массу от 20 до 300 кг/м³. Замкнутая ячеистая структура придает им хорошую плавучесть и высокие теплоизоляционные свойства. Коэффициент теплопроводности низкий — от 0,003 до 0,007 Вт/(м К).

Пенопласты нашли широкое применение в качестве теплоизоляционного материала в конструкциях холодильников, контейнеров, рефрижераторов и др. Они часто используются для заполнения внутренних полостей конструкций и тем самым повышают удельную прочность, жесткость и вибропрочность силовых элементов.

Поропласты - губчатые материалы, эластичны В них полимерная основа образует систему ячеек с частично разрушенными перегородками, сообщающихся между собой. Газообразная фаза в такой системе может циркулировать. Их объемная масса составляет 25 — 45 кг/м³. Получают поропласты, вводя в состав композиций вещества, способные выкипать при нагреве или вырываться водой, что и приводит к образованию пор. Поропласты выпускают в виде блоков с пленкой на поверхности. Они отличаются высокой способностью поглощать звуки (70 — 80%) на технических частотах.