11.4.2 Общие сведения о пластмассах

Пластическими массами (пластмассами) называют композиционные материалы, получаемые разнообразными технологическими приемами на базе полимеров (как связующих), наполнителей и модификаторов. Первой промышленной пластмассой был эбонит, полученный в 1843 г. вулканизацией натурального каучука серой.

В зависимости от состава пластмассы подразделяют на ненаполненные (органическое стекло, в большинстве случаев полиэтиленовая пленка), наполненные (содержат порошкообразные, листовые, волокнистые и другие наполнители) и газонаполненные (пено- и поропласты).

В зависимости от вязкоупругих свойств различают пластмассы:

• жесткие – это твердые, упругие материалы аморфной структуры. Они хрупко разрушаются с незначительным удлинением при разрыве. К ним относят фенопласты, аминопласты, пластмассы на основе глифталевых и других полимеров;

• полужесткие – это твердые вязкоупругие материалы кристаллической структуры с высоким относительным удлинением при разрыве. Остаточные деформации их обратимы и полностью исчезают при нагревании. К таким пластмассам относят полипропилен и полиамиды;

• мягкие пластмассы имеют более низкий модуль упругости и высокое относительное удлинение при разрыве. Остаточные деформации тоже обратимы и медленно исчезают при нормальной температуре. Примером могут служить поливинилацетат, полиэтилен и др.;

• эластичные – это мягкие гибкие пластмассы, характеризуемые большими обратимыми деформациями при растяжении. К эластикам относятся каучуки, полиизобутилен и др.

Пластмассы обладают рядом физико-механических свойств, которые дают им значительные преимущества перед наиболее распространенными строительными материалами.

Плотность пластмасс чаще всего находится в пределах 900…1800 кг/м³, т.е. они в два раза легче алюминия и в 5…6 раз легче стали. Вместе с тем плотность пористых пластмасс может достигать 30..15 кг/м³, а плотных – 1800…2200 кг/м³.

Прочность пластмасс в большинстве случаев превосходит многие традиционные строительные материалы – бетон, кирпич, древесину и составляет для пластмасс с порошкообразным наполнителем 100…150 МПа, у стекловолокнистых достигает 400 МПа.

Теплопроводность пластмасс зависит от их пористости и у пено- и поропластов составляет 0,03…0,04 Вт/м^.К, у остальных – 0,2…0,7 Вт/м^.К.

Кроме того пластмассы обладают высокой химической стойкостью, низкой истираемостью, легко окрашиваются в массе. Некоторые ненаполненые пластмассы прозрачны и обладают высокими оптическими свойствами. Их можно легко обрабатывать – пилить, строгать, сверлить. Они легко поддаются технологической переработке.

Наряду с комплексом положительных свойств, пластмассы имеют и недостатки. Например, у большинства пластмасс низкая теплостойкость – 60…80 ^оС (полистирол, поливинилхлорид, полиэтилен и др.), на основе фенолоформальдегидных смол – не более 200 ^оС и лишь у кремнийорганических полимеров она достигает 350 ^оС.

У многих пластмасс низкая огнестойкость. К легко воспламеняемым и сгораемым с обильным выделением сажи относятся изделия на основе полиэтилена, полистирола, производных целлюлозы. Трудно сгораемыми являются изделия на основе поливинилхлорида, полиэфирные стеклопластики, фенопласты, которые при повышенной температуре лишь обугливаются. Негорючими являются пластмассы с большим содержанием хлора, фтора или кремния.

Многие пластмассы при горении или даже нагревании выделяют опасные для здоровья вещества, такие как угарный газ, фосген, соляную кислоту и др. При переработке пластмасс тоже нередко выделяются токсичные вещества – фенол, формальдегид, различные растворители или пластификаторы. Поэтому применение в строительстве новых полимерных материалов должно быть санкционировано органами санитарного надзора.

Значительным недостаткам пластмасс является высокий коэффициент термического расширения – от 2 до 10 раз выше, чем у стали. Это свойство необходимо учитывать при проектировании большепролетных элементов.

Пластмассам свойственна усадка при отвердевании, достигающая 5…8%. У большей части пластмасс низкий модуль упругости, значительно ниже, чем у металлов. При длительных нагрузках они обладают большой ползучестью. С повышением температуры ползучесть еще больше возрастает, что приводит к нежелательным деформациям (прогиб и провисание конструкций).

Широкое использование в нашей жизни пластмасс породило новую экологическую проблему. Готовые полимеры и пластмассы на их основе при условии правильно проведенного синтеза и переработки в большинстве своем безвредны. Однако отслужившие свой срок пластмассовые изделия не вписываются в природный цикл: они не гниют и не разлагаются под действием природных агентов, поэтому их количество постоянно увеличивается. Одним из вариантов этой проблемы является получение биологически разлагаемых полимеров, разработке которых в настоящее время уделяется серьезное внимание учеными всего мира.