Глава 7

Пластические массы и изделия на их основе

При нагревании выше температуры стеклования за счет тепловой энергии облегчается подвижность элементов цепи: вначале начина­ют проявляться крутильные колебания отдельных звеньев и участков цепи, а затем цепь приобретает способность изгибаться. Состояние полимера, в котором реализуется способность макромолекул прояв­лять свой гибкоцепной характер, называется высокоэластическим. В этом состоянии полимер способен к очень большим обратимым деформациям, происходящим даже при небольших нагрузках.

При дальнейшем повышении температуры у линейных и раз­ветвленных (но не пространственно сшитых) полимеров происхо­дит переход в вязкотекучее состояние, при котором макромолекулы приобретают способность перемещаться относительно друг друга, т. е. течь. Этот процесс происходит в некоторой температурной области, средняя температура которой определяется как темпера­тура течения.

Эти три физических состояния (стеклообразное, высокоэлас­тическое и вязкотекучее), характерные для аморфных полимеров, могут проявляться и у кристаллизующихся полимеров, т. е. систем с низкой степенью кристалличности, но склонных к дополнитель­ной кристаллизации в определенных температурных условиях (как правило, в области температур выше температур стеклования).

Область высокоэластического состояния является особенно важной для целого ряда материалов, называемых эластомерами.

Эластомеры представляют собой высокомолекулярные соеди­нения, обладающие высоко эластическим и свойствами в широком интервале температур, охватывающем практически всю область температур их эксплуатации. В группу эластомеров входят каучуки натуральные, каучуки синтетические, резины, герметики и др.

Каучуками называют природные или синтетические линейные или разветвленные высокомолекулярные соединения, обладающие при обычных температурах высокоэластическими свойствами и ис­пользуемые для получения резин.

В отличие от каучуков, являющихся линейными или развет­вленными полимерами, резины являются трехмерносшитыми композициями на основе каучуков, обладающими в условиях экс­плуатации высокоэластическими свойствами.

382

Пластические массы, их классификация и состав

Как указывалось ранее, в отличие от эластомеров, эксплуати­рующихся в высокоэластическом состоянии, пластические массы эксплуатируются в твердом - кристаллическом или стеклообраз­ном состоянии.

Классификации пластических масс могут быть разными. В табл. 7.1 приведена классификация пластических масс по ряду важнейших признаков.

Таблица 7.1

383

Классификация пластических масс

Глава 7

Как следует из представленной классификации, одним из важ­нейших классификационных признаков является состав пластмасс. По этому признаку пластмассы подразделяются на однородные (ненаполненные) и композиционные (наполненные) системы.

Однородные пластмассы состоят, как правило, только из вы­сокомолекулярного вещества.

Неоднородные (композиционные) пластические массы, помимо основного вещества (высокомолекулярного соединения), содержат различные добавки, позволяющие повысить уровень потребитель­ских свойств материалов, их перерабатываемость, устойчивость к действию внешних факторов при эксплуатации и хранении, улучшить эстетические и другие свойства. В качестве добавок, выполняющих такие функции, используются наполнители, плас­тификаторы, стабилизаторы, антиоксиданты (антиокислители), красители и другие компоненты.

Указанные ингредиенты вводятся в пластические массы от не­скольких долей до нескольких десятков процентов от количества полимерной смолы.

Одним из важнейших компонентов пластмасс являются на­полнители, оказывающие большое влияние на такие важные свойства пластмасс, как прочность, твердость, теплостойкость, теплопроводность, диэлектрические, электрические и другие показатели.

По происхождению наполнители могут быть органическими и неорганическими (минеральными). По своей структуре напол­нители подразделяются на порошкообразные (кварцевый песок, древесные опилки, окислы и соли металлов и др.), волокнистые (стеклянные, синтетические, асбестовые, хлопковые и другие во­локна и очесы), листовые (бумага, ткань, стеклоткань и т. д.).

С использованием указанных выше наполнителей изготав­ливают пресс-порошковые пластмассы, представляющие собой смеси с порошкообразным наполнителем и волокниты, аналогич­ные смеси смол с волокнистым наполнителем. Слоистые пластики представляют собой пропитанные смолой, спрессованные и от-вержденные системы на основе хлопчатобумажной ткани (тек-столиты), стеклоткани (стеклотекстолиты), бумаги (гетинаксы)

384

Ппа стические массы и изделия на их основе

и др. Особый класс наполненных пластмасс представляют собой газонаполненные системы, имеющие ячеистую структуру с откры­тыми (поропласты) и закрытыми (пенопласты) порами. Следует отметить, что введение в полимерные композиции наполнителей не только повышают их свойства, но и снижает стоимость (особенно пресс-порошковых и волокнистых материалов), т. к. стоимость применяемых наполнителей, как правило, ниже стоимости поли­мерной смолы.

Содержание наполнителей в пластмассах, как правило, не превышает 50% (в расчете на высокомолекулярный компонент), составляя в отдельных случаях -90%. Между тем с увеличением содержания наполнителя в пресс-композициях и волокнитах за­трудняется переработка композиций вследствие уменьшения их текучести.

Пластификаторы применяют для повышения пластичности, снижения хрупкости и расширения температурного интервала существования композиции в высокоэластическом состоянии. Пластификаторы должны хорошо совмещаться с полимерным связующим, иметь низкую летучесть и не должны мигрировать на поверхность ("выпотевать") в процессе эксплуатации и хране­ния. В качестве пластификаторов используют эфиры карбоновых и фосфорных кислот, нафтеновые минеральные масла и другие соединения. Наиболее широко распространенными пластификато­рами являются эфиры фталевой кислоты и алифатических спиртов (фталаты), такие как дибутил- и диоктилфталат. Содержание плас­тификаторов в композициях может изменяться в широких пределах и достигать 40-50% от массы полимера.

Стабилизаторы применяют для защиты полимерного свя­зующего от процессов старения, протекающих при переработке пластмасс, а также хранении и эксплуатации пластмасс и изделий на их основе. Основными видами стабилизаторов являются: тер­мостабилизаторы - системы, тормозящие процессы термодеструк­ции; антиоксиданты, являющиеся ингибиторами окислительных процессов; антиозонанты - добавки, замедляющие процессы озонного старения; фото стабилизаторы - добавки, тормозящие процессы фотоокислительной деструкции; антирады - системы,

385

13 Товароведение и экспертиза промышленных товаров,