Петрова Непрод товары

3. Состав пластмасс

Пластические массы — это чаще всего композиции полимера (свя- зующего вещества) с другими компонентами и поэтому большинство из них являются композиционными материалами. В состав композиционных пластмасс, кроме связующего вещества, входят наполнители, пластифика- торы, красители, смазывающие вещества, стабилизаторы и другие добавки.

Связующее вещество является основной, обязательной составной ча- стью любого пластика. Оно соединяет все составные части пластмассы. Связующим обычно служат синтетические смолы, природные модифици- рованные полимеры, белковые вещества и др. Иногда пластмасса состоит только из одного связующего вещества (смолы), например полиэтилен, по- листирол.

Наполнители – вещества, вводимые в полимерные материалы для придания им необходимых физико-механических свойств. Наполнители придают изделиям из пластмасс большую механическую прочность, по- вышают их теплостойкость и химическую стойкость, улучшают электро- изоляционные свойства, повышают сопротивляемость усадке и ползуче- сти, снижают горючесть, снижают расход полимера и тем самым снижают стоимость пластмассы.

По своей природе наполнители могут быть органическими (хлопко- вый пух, отходы деревообработки, лигнин, древесный шпон, измельчен- ные отходы пластмассового производства, различные ткани) и неорганиче- скими (асбест, стекловолокнистые материалы, тальк, слюда, кварц, каолин, литопон, графит, сажа и др.),

В зависимости от формы частиц и вида наполнители подразделяются на порошковые (древесная и кварцевая мука, каолин, мел, порошки метал- лов и слюды), волокнистые (асбестовое, стеклянное, хлопчатобумажное и синтетическое волокно) и листовые (ткани, бумага и др.). Для получения газонаполненных пластиков (поро- и пенопластов) в состав композиции

250

вводят так называемые порофоры (газообразователи), которые в процессе формования пластмассы при нагревании выделяют газы, вспенивающие ее.

Пластификаторы придают пластмассе гибкость, эластичность, сни- жают жесткость и хрупкость, повышают свето- и морозостойкость, облег- чают процесс формования изделии. В качестве пластификаторов исполь- зуют эфиры карбоновых и фосфорных кислот, эпоксидированные соедине- ния, нафтеновые минеральные масла, маслообразные высококипящие ве- щества (камфора, дибутилфталат, крезилфосфат) и др. Пластифицирующее действие их основано на ослаблении сил межмолекулярного взаимодейст- вия полимера. Содержание пластификаторов в композициях может изме- няться в широких пределах и достигать 40–50 % от массы полимера.

Красители окрашивают пластмассы в разнообразные цвета. Они представляют собой тонкоизмельченные минеральные пигменты либо ор- ганические красители.

Стабилизаторы — это вещества, замедляющие старение пластмасс, т.е. постепенное ухудшение их свойств под действием кислорода воздуха, света, влаги и других факторов. Процесс старения полимеров связан с на- коплением свободных радикалов, образующихся в результате распада мак- ромолекулярных цепей. Защитное действие стабилизаторов основано на способности связывать свободные радикалы или переводить их в малоак- тивное состояние.

Отвердители являются сшивающими агентами, вводимыми с целью образования на определенной стадии переработки пластмасс сетки попе- речных связей между макромолекулами (диамины, гликоли, аминоспирты и т.д.), а также инициаторы, ускорители и активаторы полимеризации.

Структурообразователи – добавки, оказывающие влияние на про- цессы формирования надмолекулярных структур (тонкодисперсные по- рошкообразные оксиды и карбиды металлов, некоторые соли органических кислот, поверхностно-активные вещества). Содержание таких добавок со- ставляет всего 0,1–1 % от массы полимера.

251

Антипирены – добавки, снижающие горючесть полимерного мате- риала, затрудняющие его воспламенение, замедляющие процесс распро- странения в нем пламени или приводящие в оптимальных вариантах к его самозатуханию. В качестве антипиренов используют хлорсодержащие ве- щества, производные сурьмы, а также эфиры фосфорных кислот.

Кроме перечисленных компонентов в пластмассы могут входить и другие компоненты, формирующие требуемые свойства пластмасс.

4. Экспертиза полимеризационных и поликонденсационных полимеров и пластмасс на их основе

Из полимеризационных пластмасс широкое применение получили материалы на основе полиолефинов, полимеров и сополимеров хлористого винила, фторпроизводных этилена, полиакрилатов, полиизобутилен, поли- винлацетат, полиформальдегид и др. Они выпускаются как в виде гомопо- лимеров, так и в виде композиций с наполнителями, термопластичны, об- ладают хорошими диэлектрическими свойствами, высокой ударной вязко- стью (за исключением полистирола), химически стойки, но большинство из них имеют низкую теплопроводность. При проведении экспертизы учи- тывают особенности, которыми обладает полимер в составе пластмассы.

Полиэтилен (ПЭ) получают из газа этилена СН2=СН2 - продукта пе- реработки нефти. В мировом производстве полимерных материалов он за- нимает первое место. Различают два вида полиэтилена — высокого давле- ния (ПЭВД) и низкого давления (ПЭНД). Более распространенным (75 % общего выпуска полиолефинов) является полиэтилен высокого давления. По внешнему виду полиэтилен — это полупрозрачные или непрозрачные в толстом слое пластики с жирноватой на ощупь поверхностью.

Свойства полиэтилена зависят от способа его производства. В на-

стоящее время применяют три способа производства полиэтилена: при высоком давлении (полиэтилен высокого давления) 100—250 M Пa и тем- пературе 180 – 200 ° С; при среднем давлении 3 - 7 МПа в присутствии ок-

252

сидных катализаторов и при низком давлении 0,2 - 0,6 МПа в присутствии металло-органических катализаторов. Первым способом получают поли- этилен сравнительно невысокой плотности (0,91 - 0,93 г/см3), молекуляр- ной массой 15000 - 35000, структура которого состоит примерно наполо- вину из кристаллических и наполовину из аморфных участков, а вторым и третьим — полиэтилен плотностью 0,94 - 0,96 г/см3, молекулярной массой 25 – 100 тыс., состоящего из 75 - 85 % кристаллических участков. Поэтому ПЭНД обладает более высокой твердостью, прочностью и теплостойко- стью по сравнению с ПЭВД.

Полиэтилен отличается высокой прочностью, стойкостью к ударным воздействиям, эластичностью и совершенными диэлектрическими свойст- вами: Он морозостоек, термопластичен, хорошо сваривается, устойчив к действию многих органических растворителей, кислот и щелочей. Поли- этилен практически безвреден. Недостатки полиэтилена — старение и невысокая теплостойкость (100 - 110 ° С). ПЭНД характеризуется более высокой теплостойкостью (120 - 130 ° С), жесткостью и прочностью (до 30 МПа). Кроме того, при длительном контакте с жирами он поглощает их. Разрушается полиэтилен от воздействия сильных окислителей — азотной кислоты, хлора и фтора.

Применяют полиэтилен для изготовления посудохозяйственных из- делий, галантерейных товаров, культтоваров, выдувных изделий и т.п. По- лиэтиленовая пленка применяется как тарный и упаковочный материал в пищевой, фармацевтической и химической промышленности. Как распро- страненный электро- и гидроизоляционный материал. Используется для изготовления различных изделий бытового и технического назначения. Из нитей и волокон полиэтилена изготавливают канаты, рыболовные сети, сетки и другую продукцию. Полиэтилен перерабатывается в изделия экс- трузией, литьем под давлением, термоформованием и выдуванием.

Полипропилен (ПП) получают из газа пропилена СН2==СН— СН3. По внешнему виду и свойствам он близок к полиэтилену, но отличается от

253

него большей жесткостью, механической прочностью и более высокой те- плостойкостью – 160 - 170 ° С. Плотность – 900 – 910 кг/м3, степень кри- сталличности – 75 %. Недостатки полипропилена: большая, чем у поли- этилена, склонность к старению, низкая стабильность к действия ультра- фиолетовых лучей и низкая морозостойкость (до -25 ° С).

По электрическим свойствам полипропилен не уступает полиэтиле- ну и применяется для изготовления деталей к электро-, радио- и телевизи- онному оборудованию. Высокая химическая стойкость ПП позволяет ис- пользовать его для изготовления труб, химической аппаратуры, центро- бежных насосов, а также в качестве облицовочного и декоративного анти- коррозионного материала. Из него изготавливают посуду, флаконы, плен- ки и волокна. Пленки и ПП могут эксплуатироваться при более высоких температурах, чем ПЭ пленки, характеризуются меньшей газо- и паропро- ницаемостью. На ПП пленку практически не действуют минеральные и растительные масла. ПП волокна обладают прочностью, эластичностью и водостойкостью и используются при изготовлении тканей, искусственного меха, трикотажных изделий, а также канатов, сеток, рыболовных сетей, для изготовления небьющихся бутылок, фляг, термосов, ведер, пленок, во- локон и нитей, труб, изоляции и др.

Сополимеризацией пропилена с этиленом получают пластик, не- имеющий недостатков отдельных полимеров. Полипропилен перерабаты- вается в изделия литьем под давлением, экструзией.

Поливинилхлорид (ПВХ) получают из газа хлористого винила СН2=СН-Сl. Характеризуется высокой плотностью – 1400 кг/м3, хорошей химической стойкостью к действию кислот, щелочей, большого числа ор- ганических растворителей, жиров, нефтепродуктов и воды.

На основе ПВХ вырабатывают два типа пластмасс: пластикаты (мягкие) с применением пластификаторов (дибутилфталат, диоктилсеба- цинат и др.), наполнителей, стабилизаторов и винипласты (жесткие) без пластификаторов. Пластикаты представляет собой эластичный, гибкий

254

материал, для бытовых целей выпускают обычно в виде пленок, окрашен- ных в различные цвета. ПВХ-пластикат отличается высокой прочностью, стойкостью к истиранию, достаточной химической стойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, легко окрашивается, склеивается и подвергается сварке токами высокой частоты. Недостатком является низ- кая теплостойкость (от 50 до 60 °C). Кроме того, со временем жесткость пластиката возрастает из-за улетучивания пластификаторов. Морозостой- кость его колеблется от -10 до -50 ° С.

Из пластиката вырабатывают гибкие трубы и шланги, плащи- накидки, скатерти, переплеты, папки для бумаг, летнюю обувь, галанте- рейные товары, и др. ПВХ используют для получения искусственной кожи и замши, линолеума, плитки для полов, дублирования тканей и т.д. Пла- стикат широко применяется в электротехнике, химической промышленно- сти, машиностроении. Значительная часть пластиката расходуется на изо- ляцию кабелей, изготовление электрических проводов, изоляционной лен- ты и т.п. Из пластиката получают прокладочные и герметизирующие из- делия, водо-, масло- и бензостойкие трубопроводы, пленки, приводные ремни и транспортерные ленты, профильные изделия для мебельной про- мышленности, а также различные изделия народного потребления. Изде- лия из ПВХ изготавливаются штампованием или пневмо- и вакуумформо- ванием, в результате вальцевания и каландрования поливинилхлоридной смолы.

Винипласты – это жесткие, упругие термопластчные материалы, ус- тойчивы к истиранию. Выпускают в виде листов, плит, труб, отличающие- ся высокой стойкостью к ударным нагрузкам. Недостаток их — склон- ность к деформации под действием постоянной нагрузки, низкая тепло- стойкость – 65-70 ° С, низкая ударная вязкость и набухание в воде. Из ви- нипласта изготовляют галантерейные изделия, фoтo-, кино- и чертежные принадлежности, разнообразные детали и изделия, пленки, листы, плиты, трубы, стержни, сварочные прутки из винипласта используются в машино-

255

строении, строительстве, сельском хозяйстве, в химической и электротех- нической промышленности и в других отраслях. Пленочный винипласт используется для изготовления винипластовых листов, в электролизных ваннах, для футеровки химической аппаратуры. Из винипластовых листов изготавливают сантехническое оборудование, тару, гальванические ванны, вентиляционные системы, емкости для хранения агрессивных жидкостей, винипластовые трубы.

Для повышения ударной прочности винипласта в его состав вводят композицию акрилонитрила, бутадиена и стирола (сокращенно АБС- пластик). Полученный ударопрочный винипласт используют главным об- разом для изготовления комплектующих деталей автомобилей. На основе ПВХ получают пено- и поропласты, применяющиеся для термоизоляции холодильников, вагонов, изготовления мебели, плавучих средств. При об- работке ПВХ хлором получают смолу перхлорвинил, которая обладает хо- рошей растворимостью и клеящей способностью, поэтому широко исполь- зуется в производстве клеев, лаков, красок, а также волокна хлорин.

Полистирол получают из жидкого мономера стирола СН2=СН— C6H5. Обычно в число полистирольных пластиков включают полистирол общего назначения, ударопрочный, пенополистирол.

Полистирол (аморфный, общего назначения) — твердый, жесткий,

прозрачный пластик, обладающий высокой водостойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами, что обеспечивает ему широкое применение в качестве конденсаторных пленок – стирофлекса. Размягчается при тем- пературе +80 ° С, при ударе издает металлический звук, весьма хрупок, склонен к старению и содержит остатки исходного мономера стирола. По- этому изделия из полистирола не используют для хранения жидких пище- вых продуктов.

Недостатки полистирола устраняют путем его совмещения с синте- тическими каучуками или получения сополимеров стирола (ударопрочные

256

полистиролы и тройные сополимеры акрилонитрила, бутадиенового кау- чука и стирола (АБС-пластики)).

Легкость переработки полистирола различными способами обеспе- чивает его широкое применение для изготовления бытовых и галантерей- ных изделий, лабораторной химической посуды, упаковочной тары, осве- тительной арматуры и др. Для производства товаров народного потребле- ния все большее значение приобретают сополимеры стирола с акрилонит- рилом, метилметакрилатом и др. Сополимеры обладают более высокими механическими свойствами и стойкостью к агрессивным средам (особенно нефтепродуктам), менее подвержены старению, меньше растрескиваются, некоторые из них прозрачны и стойки к ударным воздействиям. Из сопо- лимеров стирола изготавливают корпуса приборов, радио-, фото-, электро- аппаратуры, детали автомобилей, галантерейные товары, детали санитар- но-технического оборудовании и мебели, упаковку.

Пенополистирол применяют в качестве звуко- и теплоизоляционного материала при изготовлении холодильников, в капитальном строительстве, судостроении и авиатехнике.

Полиакрилаты — полимеры на основе акриловой и мeтaкpиловой кислот и их производных, имеющие линейное строение макромолекул с боковыми ответвлениями. Основные из них — полиметилметакрилат и по- лиакрилонитрил.

Полиметилметакрилат — это продукт полимеризации метилметак- рилата, типичный аморфный полимер с температурой размягчения 105110 ° С, бесцветный или окрашенный в различные цвета линейный поли- мер. Листовой ненаполненный полиметилметакрилат (органическое стекло или плексиглас) обладает высокой прозрачностью, устойчив к старению. Полиметилметакрилат физиологически безвреден, легко поддается раз- личной механической обработке, обладает высокой прочностью к удару, не поглощает воду, устойчив к действию ряда растворителей. Недостатки

—невысокая теплостойкость и низкая поверхностная твердость. Приме-

257

няют полиметилметакрилат для выработки высокопрочных стекол, ис- пользуемых на транспорте, для изготовления товаров широкого потребле- ния, светотехнической аппаратуры, в качестве имитатора хрусталя и др. Благодаря физиологической безвредности и химической устойчивости применяется для изготовления зубных протезов и медицинского оборудо- вания. Материал легко перерабатывается методами вакуумного и пневма- тического формования.

Полиакрилонитрил - кристаллизирующися линейный полимер белого цвета. Материал термостоек, температура размягчения 220 – 230 ° С. Ос- новная часть полиакрилонитрила используется для получения шерстепо- добного несминаемого волокна – нитрона. Из полиакрилонитрилов выра- батывают главным образом полиформальдегид (— СН2— О—) n, непрозрач- ный материал с высокими механическими и диэлектрическими свойства- ми, относительной тепло- и химической стойкостью, жесткостью и ударо- прочностью, обладает низким коэффициентом трения. Плотность поли- формальдегида 1,4 г/см3, прочность при растяжении (при 20° С) 70 МПа и относительное удлинение при разрыве 16—75 %. Применяется в машино- строении для изготовления втулок, подшипников, шестерен, труб, листов и других изделий, которые успешно заменяют детали из цветных металлов и их сплавов. Полиформальдегид перерабатывается в изделия экструзией, литьем под давлением и другими методами, характерными для термопла- стов.

Фторопласты - фторпроизводные этилена, прочные химические связи галогенов с углеродом обусловили самую высокую из всех термо- пластов термо- и химическую стойкость фторопластов. Техническое на- звание фторсодержащих пластмасс, имеют в разных странах различные торговые наименования: фторлон (Россия), тефлон (США), сорефлон (Франция), гостафлон (Германия).

Фторопласт-4 представляет собой продукт полимеризации, линей- ный высококристаллический (степень кристалличности – 90%) полимер

258

плотностью 2150 – 2250 кг/м3. Представляет собой рыхлый белый волок- нистый порошок; один из самых теплостойких и термостабильных поли- меров, его температура плавления 327 ° С, разлагается лишь при 415 ° С, поэтому не перерабатывается в изделия обычными методами. Фторопласт- 4 водостоек, не горит и не растворяется в обычных растворителях. Хи- мическая стойкость фторопласта-4 превосходит стойкость всех других синтетических материалов, сплавов и благородных металлов — золота и платины. На него не действуют все разбавленные и концентрированные кислоты, даже при высоких температурах. Фторопласт-4 обладает низким коэффициентом трения, антиадгезивными свойствами, является физиоло- гически безвредным.

Изделия из фторопласта-4 получают спеканием в электропечах при температуре 360~380 ° С специальных таблеток, спрессованных из рыхлого порошка на холоде. Применяется фторопласт-4 для изготовления деталей и изделий, работающих в агрессивных средах и при высоких температурах. Прекрасный диэлектрик, низкий коэффициент трения определяет исполь- зование его для изготовления вкладышей подшипников, в том числе рабо- тающих без смазки, изделий для медицинской техники и др. Из фторопла- ста-4 получают волокно, ткань применяется для фильтрования активных коррозионных жидкостей. Фторопласт-4 наносят на различные поверхно- сти для придания им антикоррозионных и антиадгезионных свойств. В ме- дицине – для изготовления различных протезов (сердечных клапанов, кро- веносных сосудов, суставов и др.). Недостатками фторопласта-4 являются трудность переработки в изделия, плохая свариваемость и склеиваемость, сравнительно высокая стоимость, недостаточная твердость и жесткость, способность деформироваться под действием умеренных нагрузок при сравнительно низких температурах, ограничивающие его применение в качестве конструкционных материалов.

259