14.2. Особенности свойств полимерных материалов

Особенности строения полимеров оказывают большое влияние на их физико-механические и химические свойства. Вследствие высокой молекулярной массы они неспособны переходить в газообразное состояние, при нагреве образовывать низковязкие жидкости, а термостабильные даже не размягчаются. С повышением молекулярной массы уменьшается растворимость.

Полидисперсность, присущая полимерам, приводит к значительному разбросу показателей при определении физико-механических свойств полимерных материалов. Механические свойства полимеров (упругие, прочностные) зависят от их структуры, физического состояния, температуры и т. д. Полимеры могут находиться в трех физических состояниях: стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем.

Полимеры, как в кристаллическом, так и в стеклообразном состоянии могут иметь ориентацию. Этот процесс осуществляется при медленном растяжении полимеров, находящихся в высокоэластичном или вязкотекучем состоянии. Свойства материала при этом становятся анизотропными. Различают одноосную ориентацию, применяемую для получения волокон, пленок, труб, и многоосную, проводимую одновременно в нескольких направлениях (например, в процессе получения пленок).

Для полимеров характерны процессы старения, приводящие к самопроизвольному изменению технических характеристик. Процесс старения происходит в результате сложных химических и физических процессов, развивающихся в материале при эксплуатации и хранении.

Полимерам свойственны такие процессы, как абляция и адгезия. Абляция - разрушение материала, сопровождающееся уносом его массы при воздействии горячего газового потока. В процессе абляции происходит суммарное действие механических сил, теплоты и агрессивных сред потока. Адгезией называется слипание разнородных тел, приведенных в контакт. Адгезия обусловлена межмолекулярным взаимодействием. На способности полимеров к адгезии основано их использование в качестве пленкообразующих материалов (клеи, герметики, покрытия), а также при получении наполненных и армированных полимерных материалов. Для создания адгезивного соединения один из материалов должен быть пластичным, текучим (адгезив), а другой может быть твердым (субстрат).

14.3. Пластические массы

Пластмассами называют искусственные материалы, получаемые на основе органических полимерных связующих веществ. Эти материалы способны при нагреве размягчаться, становиться пластичными, и тогда под давлением им можно придать заданную форму, которая затем сохраняется.

Обязательным компонентом пластмассы является связующее вещество. В качестве связующих используют синтетические смолы, реже применяют эфиры целлюлозы.

Другим важным компонентом пластмасс является наполнитель (порошкообразные, волокнистые и другие вещества как органического, так и неорганического происхождения). После пропитки наполнителя связующим получают полуфабрикат, который спрессовывается в монолитную массу. Наполнители повышают механические свойства, снижают усадку при прессовании и придают материалу те или иные специфические свойства. Для повышения эластичности и облегчения обработки добавляют пластификаторы (олеиновую кислоту, стеарин, дибутилфталат и др.). Кроме того, исходная композиция может содержать отвердители, катализаторы, ингибиторы, красители.

Свойства пластмасс зависят от состава отдельных компонентов, их сочетания и количественного соотношения.

По характеру связующего вещества пластмассы подразделяют на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

По виду наполнителя пластмассы делят на порошковые (карболиты) с наполнителями в виде древесной муки, графита, талька; волокнистые с наполнителем в виде волокон хлопка и льна (волокниты), стеклянного волокна (стекловолокниты), асбеста (асбоволокниты); слоистые, содержащие листовые наполнители; газонаполненные (пено- и поропласты).

Особенностями пластмасс являются малая плотность, низкая теплопроводность, значительное тепловое расширение, хорошие электроизоляционные свойства, высокая химическая стойкость, фрикционные и антифрикционные свойства. Прочность некоторых пластмасс сопоставима с прочностью стали. Пластмассы имеют хорошие технологические свойства.

Недостатками пластмасс являются невысокая теплостойкость, низкие модуль упругости и ударная вязкость, склонность к старению.