Полимерные материалы в полиграфии. Учебное пособие

Красители и пигменты придают материалу определенную окраску. Используются сложные органические красители, растворяющиеся в полимерах (для получения прозрачных пластмасс), и нерастворимые порошкообразные пигменты органического и неорганического происхождения. От красящих веществ требуется, главным образом, чтобы они не выцветали на солнце и не меняли своей окраски под воздействием высоких температур при переработке в изделие. Особенно ярко и красиво окрашивается полистирол, сополимеры метилметакрилата, сам полиметилметакрилат. Ярко окрашиваются эфиры целлюлозы, вискоза. Фенолоформальдегидные пластики обычно имеют черную или коричневую окраску. Некоторые наполнители (ТiO2, ZnO) могут одновременно действовать в качестве пигментов. В таблице 14 приведены примеры пигментов и красочных лаков, рекомендованных для окрашивания полиэтилена.

Таблица 14 – Пигменты для окрашивания полиэтилена

Стабилизаторы и ингибиторы замедляют процессы старения изделий из пластмасс. Особенно подвержены старению полиолефины и среди них – полипропилен. Роль стабилизаторов заключается в предотвращении развивающихся процессов деструкции макроцепей с образованием свободных радикалов. Ингибиторы же, в частности, препятствуют нежелательному структурированию полимеров, взаимодействуя с образующимися свободными радикалами (см. раздел «Старение полимеров. Деструкция и деполимеризация»).

Антипирены – это добавки, придающие полимерам негорючесть. Если в составе полимера нет атомов фтора, хлора, фосфора, кремния, то для защиты от горения в композицию вводят хлорированные парафины, трехокись сурьмы, фосфорнокислый аммоний, борат цинка и другие добавки.

61

Антистатики применяются для предотвращения накопления зарядов статического электричества на поверхности изделий из пластмасс при их изготовлении и эксплуатации. В качестве антистатиков обычно выступают ПАВы – амины, четвертичные аммониевые основания и др., уменьшающие поверхностное сопротивление. Либо в состав полимера вводят электропроводящие наполнители – порошки металлов (серебро, никель, медь) и их сплавов.

Необходимо отметить, что кроме перечисленных компонентов, в состав пластмасс могут входить и другие добавки, например, катализаторы и отвердители, мягчители, антисептики и т.д. Поскольку каждый компонент пластмассы, помимо четко определенной для него функции, способен влиять и на другие свойства, понятно, что составление новой композиции пластмассы должно иметь серьезное научное и экспериментально-технологическое обоснование.

3.2 ТЕРМИНОЛОГИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛАСТМАСС

На сегодняшний день нет четко установленной классификации пластмасс. Один из подходов, в некоторой степени позволяющий догадываться о составе по названию пластмассы, – это классификация по виду наполнителя.

Если наполнитель порошкообразный или его нет вообще, название пластмассы состоит из названия связующего и окончания «пласт»: фенопласт (связующее фенолоформальдегидная смола), аминопласт (аминоальдегидная смола), фторопласт (фторпроизводные этилена). Для волокнистых наполнителей возможны два случая: название пластмассы оканчивается словом «волокнит», а начинается либо названием наполнителя, либо названием связующего. Например:

- асбоволокнит, наполнитель – асбест, связующее – какая-либо синтетическая смола (фенолоформальдегидная, кремнийорганическая и др.);

- органоволокнит, наполнитель – синтетические волокна, измельченные ткани, связующее – полиэфирные или эпоксидные смолы;

- мелаволокнит, наполнитель – чаще всего хлопковый линт, связующее – меламиноформальдегидная смола.

В случае слоистых наполнителей окончание названия пластика будет – «лит»: текстолит (наполнитель – ткань), бумолит, иначе гетинакс

62

(наполнитель – бумага), стеклотекстолит, или просто стеклопластик (наполнитель – стеклоткань).

Особое место в ассортименте пластмасс занимают пенопласты и поропласты. Пенопласты (вспененные пластмассы) состоят из ячеек, не сообщающихся между собой и заполненных газом. Один из способов получения – введение в состав пластмасс специальных газообразователей. При определенной температуре газообразователи разлагаются с выделением пузырьков газа и вспенивают пластмассу, в результате чего образуется замкнутая ячеистая структура. Пористые пластмассы (поропласты) состоят из сообщающихся ячеек, образующих сквозные поры. Такое деление газонаполненных пластмасс условно, поскольку невозможно получить материалы только с закрытыми или только с открытыми ячейками. В зависимости от типа полимера и условий получения можно изготавливать жесткие, полужесткие и мягкие (эластичные) материалы. Преимуществом этих пластмасс является их низкая кажущаяся плотность (20÷820 кг/м3) и высокие (особенно для пенопластов) тепло-, звуко- и электроизоляционные характеристики.

В современном справочнике по пластмассам написано: «Для большинства разновидностей пластмасс разработан марочный ассортимент, опирающийся на так называемые базовые марки. Модификацией базовых марок создают пластмассы с теми или иными доминантными свойствами. Полимерная промышленность развитых стран на базе примерно трех десятков крупнотоннажных полимеров выпускает более 4000 разновидностей пластмасс».

3.3 ПРОМЫШЛЕННЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛАСТМАСС

Изделия из пластмасс получают чаще всего методами прямого прессования и литья под давлением в специальных полых разъемных прессформах.

Прессование – это процесс сжатия полимера в замкнутом объеме пресс-формы, сопровождающийся его течением и уплотнением. Различают прессование при высоком и низком давлении, которое, в свою очередь, подразделяется на горячее и холодное. В общих чертах процесс прессования осуществляется следующим образом:

- в случае термопластов формы подогревают до достижения температуры текучести материала и выпрессовывают изделие при небольшом

63

давлении, затем форму охлаждают, разнимают на части и извлекают полученное изделие;

- в случае реактопластов температура и давление существенно выше, изделие вынимают из формы горячим и охлаждают на воздухе или в термостате.

Режим прессования (температура, давление, продолжительность прессования) зависят от типа материала, формы и размеров изделия. Так для термопластов температура прессования может составлять 120÷1800С, а для реактопластов – от 140 до 2000С. Удельное давление прессования для гранулированных материалов – 200÷300 кгс/см2, а для слоистых пластиков – 20÷50 кгс/см2. Таким способом получают изделия из фенопластов, аминопластов, полистирола и его сополимеров, поливинилхлорида и его сополимеров, полиметилметакрилата, поликарбоната, полиамидов, полиолефинов и др.

Литье под давлением (формование впрыскиванием) – высокопроизводительный метод, позволяющий за короткий промежуток времени (1÷2 минуты и менее) получать сложно профильные изделия в почти законченном виде. Так время изготовления одного компакт-диска из поликарбоната составляет всего 1÷4 секунды. Полимерный материал предварительно размягчается в специальном нагревательном цилиндре литьевой машины до состояния текучести и впрыскивается в закрытую холодную литьевую форму (существуют и технологии с использованием горячих форм). Остывая в форме под определенным давлением, полимер приобретает конфигурацию изделия. Поскольку усадка полимера при остывании в 9÷10 раз превышает усадку металла формы, изделие из неё легко выталкивается. Литьем под давлением хорошо перерабатываются полимеры с высокой текучестью расплава: полиолефины, поликарбонаты, полистирол и его сополимеры, полиформальдегид, некоторые фторопласты.

Для получения изделий определенного сечения и большой протяженности применяются экструзионные методы (см. раздел «Способы получения полимерных пленок»).

3.4 МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЯ ПЛАСТМАСС

Все испытания пластмасс производят на специальных изделиях, называемых стандартными образцами. Стандартные образцы могут иметь форму цилиндра, диска, бруска, двухсторонней лопатки (рис. 9).

64

При испытании пластмасс следует учитывать, что точность получаемых результатов возрастает с увеличением числа образцов, взятых для испытания (обычно это нечетное число). Чем меньше деформируемость пластмассы, тем ниже должна быть скорость её нагружения. Нормируются физико-химические и физико-механические свойства (плотность, предел прочности, модуль упругости, твердость, удельная ударная вязкость и др.), теплофизические свойства (теплоемкость, морозостойкость, температура плавления и др.), технологические свойства (усадка, водопоглощение) и прочие, в зависимости от назначения материала.

Вопросы для самопроверки

1.Дать определение пластическим массам (пластмассам).

2.Перечислить основные компоненты пластмасс и их назначение.

3.Что такое термопласты и реактопласты? В чем их различие?

4.Перечислить преимущества и недостатки термопластов и реактопластов.

5.Какие способы получения полимерных пленок вы знаете?

6.Какие искусственные полимеры используются в полиграфии?

7.Как получают фенолоформальдегидные смолы с различными свойствами? Приведите примеры.

8.Какова структура полимера, если он не плавится при нагревании, не растворяется в растворителях, а только набухает в них, обладает повышенной прочностью? Как называются такие материалы?

9.Что такое деструкция и деполимеризация? К каким последствиям они приводят?

10.Назовите способы борьбы со старением полимеров.

11.Каково условие смачивание полимера жидкостями?

12.Оценить поверхностную активность (энергию) полиэтилена и поливинилхлорида. В каких единицах она измеряется?

66

13.Как измерить поверхностную энергию полимера в производственных и лабораторных условиях?

14.Что такое краевой угол смачивания?

15.Для чего полимеры перед печатью обрабатывают коронным раз-

рядом?

16.Что такое термоусаживающиеся пленочные этикетки? Как получают термоусаживающиеся пленки?

17.Какие полимеры используются для получения термоусаживающихся пленок?

18.Привести примеры полимерных пленок с различной растяжимостью.

19.Какая пленка будет прочнее при равной толщине и массе: ПЭВП или ПЭНП?

20.Что такое анизотропия свойств и от чего она зависит?

21.Что такое ориентированные полимеры? Как осуществляют ориентирование пленочных материалов и волокон?

22.Как различается свойства ориентированных материалов в зависимости от направления? Привести примеры.

23.Какие свойства полимеров относятся к барьерным?

24.Что такое жиронепроницаемость и какими методами ее определяют?

25.Как определяется впитываемость при одностороннем смачивании по методу Кобба?

26.Каковы условия испытания по Кобб60? Что означает цифровой индекс?

27.Привести примеры барьерных свойств различных полимерных материалов.

28.Как получают картоны с барьерными свойствами?

29.Что такое экструзия, соэкструзия?

30.Как повысить эластичность полимера?

67