9.3 Пластические массы

Пластическими массами называют высокополимерные материалы или композиции их с органическими или неорганическими веществами, способные при определенных условиях (давлении и температуре) переходить в пластическое состояние и принимать под действием- нагрузок заданную форму. Пластические массы сочетают ряд ценных свойств. Они имеют низкую плотность, устойчивы к атмосферной коррозии, ко многим кислотам и щелочам, растворам солей, являются теплоизоляционными материалами, хорошими диэлектриками, могут быть оптически- и радиопрозрачными, упругими или эластичными. Они легко формуются в изделия, обрабатываются резанием, а некоторые из них по удельной прочности превосходят углеродистые стали и сплавы цветных металлов. Но пластмассы имеют низкую теплостойкость, теплопроводность, твердость, подвержены старению.

В качестве конструкционных материалов наибольшее применение находят простые (ненаполненные, гомогенные) и сложные (композиционные, гетерогенные) пластические массы. Простые пластмассы получают только из одного высокомолекулярного соединения — смолы (например, из полиэтилена), и поэтому свойства таких пластмасс определяются свойствами самого полимера. Сложные пластмассы состоят из смолы-полимера, выполняющего функции связующего, наполнителей, пластификаторов, красителей, стабилизаторов, отвердителей и т. д.

Наполнители придают пластмассам определенные механические и диэлектрические свойства, снижают горючесть и стоимость изделий, улучшают внешний вид. В качестве наполнителей применяют порошковые (древесная, кварцевая мука, графит, и др.), волокнистые (натуральные, асбестовые и синтетические волокна), листовые (бумага, ткани, древесный шпон) материалы

Простые пластические массы. Полиэтилен получают полимеризацией этилена. Это термопластичный материал, обладающий высокой коррозионной стойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами, высокой ударной прочностью. Полиэтилен - твердый материал, прозрачный и бесцветный в тонком слое и белый в толстом. Коррозионная стойкость полиэтилена достаточно высока к воде и водяным парам. При обычных температурах полиэтилен разрушается под действием концентрированных минеральных кислот (серной, соляной, плавиковой), растворов щелочей, но устойчив к разбавленным кислотам и щелочам. Из него готовят аккумуляторные баки, кислотостойкие трубы, различную арматуру, высокочастотный кабель, детали радиоаппаратуры, ленты, пленки.

Полипропилен получают поляризацией пропилена. Это легкий материал, обладающий высокой теплостойкостью, жесткостью, прочностью. Без нагрузки его можно применять до 150° С. По химической стойкости пропилен близок к полиэтилену, при несколько большей механической прочности. Он устойчив к растворам кислот, щелочей, солей, органическим растворителям. В автомобилестроении пропилен используют для изготовления вентиляционных трубопроводов, лопастей вентиляторов, педалей акселератора, для облицовки дверей.

Полистирол получают из стирола. Полистирол обладает исключительной водостойкостью, высокими диэлектрическими свойствами. Высокая химическая устойчивость полистирола к щелочам и кислотам определила его применение в качестве антикоррозионного материала для изготовления химической аппаратуры, лабораторной посуды и аккумуляторных баков. Недостатки полистирола: низкая теплостойкость, склонность к старению и низкий предел прочности на удар.

Поливинилхлорид — это белый аморфный порошок, растворимый при нагревании в хлорированных углеводородах. Он устойчив в растворах кислот и щелочей различных концентраций. Многие растворители, в том числе вода, спирт, бензин, не действуют на полимер.

Из поливинилхлорида получают конструкционный материал, называемый винипласт, который обладает высокой механической прочностью и поддается различным способам механической обработки, хорошо сваривается и склеивается. Он стоек к воздействию почти всех минеральных кислот и щелочен, к растворам солей любых концентраций. Разрушается винипласт в сильно окислительных средах (азотная кислота высокой концентрации, олеум), растворим в ароматических и хлорированных углеводородах. Винипласт выпускают в виде пленок, листов. Из него готовят трубы и различные фасонные изделия. К недостаткам винипласта можно отнести склонность его к ползучести, набухаемость в воде, низкую ударную вязкость.

Фторопласты — полимеры производных этилена, в которых атомы водорода замещены фтором, хлором. Весьма высокая прочность связи фтора с углеродом определяет высокую термическую и химическую стойкость полимеров на основе фторпроизводных полиэтилена. Широкое распространение в практике получили политетрафторэтилен (фторопласт-4) и политрифторхлорэтилен (фторопласт-3).

Фторопласт-4 - это рыхлый порошок, легко прессующийся в плотные таблетки, из которых получают изделия. При нагревании фторопласт не плавится, а только размягчается. По химической стойкости политетрафторэтилен превосходит все известные синтетические полимерные материалы, специальные сплавы, антикоррозионную керамику и даже благородные металлы (серебро, платину, золото). На фторопласт-4 не действуют разбавленные н концентрированные кислоты, в том числе «царская водка», хлорсульфоновая кислота, горячая азотная кислота, концентрированные щелочи. Политетрафторэтилен нерастворим и не набухает ни в одном из известных растворителей, за исключением фторированного керосина. Фторопласт-4 имеет низкий коэффициент трения. Это свойство полимера используют при изготовлении втулок подшипников скольжения. Кроме того, из фторопласта-4 изготовляют электро- и радиотехнические изделия, пленки, волокна, уплотнительные детали.

Сложные пластические массы. Фенопласты относятся к пластическим массам, получаемым на основе поликон-денсациониых фенолоформальдегидных смол.

Стеклопластики -высокопрочные конструкционные материалы, получаемые при использовании стекловолокнистых наполнителей. Связующими для получения пластмасс этого класса (стекловолокнитов, стеклотекстолитов, и др.) служат полимеры с линейным строением, которые в процессе формования могут образовывать сетчатую структуру. По ударной прочности стеклопластики в ряде случаев превосходят ударную прочность стали, дуралюминия, титана. Они хорошо противостоят действию ударных и динамических нагрузок и способны гасить колебания элементов конструкции.

Стеклотекстолит получают из стеклянной ткани и связующего. Он применяется как конструкционный и электроизоляционный материал. По удельной прочности стеклотекстолиты не уступают, а в ряде случаев даже превосходят удельную прочность стали, дуралюминия и титана. Эти материалы хорошо противостоят действию ударных и динамических нагрузок, т. е. способностью гасить колебания элементов конструкции.