Пластичні маси

Полімери (від грецького «полі» — багато, «мерос» — частин) складаються з великого числа повторюваних однакових чи різних груп атомів, з'єднаних хімічними зв'язками.Полімери одержують з мономерів, низькомолекулярних спо лук, що внаслідок ненасичених зв'язків здатні взаємодіяти. Мо лекула мономера називається макромолекулою, що складається з атомів вуглецю, водню, сірки, азоту, кисню, хлору і т. д.Полімери підрозділяються на: природні (натуральний каучук, натуральні смоли);штучні (целюлоза, нітроцелюлоза, штучні смоли), тобто ре зультати переробки натуральних полімерів; синтетичні, одержувані синтезуванням з низькомолекуляр них сполук (синтетичні смоли, поліетилен).Властивості полімерів залежать від хімічного складу мономе рів, від числа вхідних у полімер атомів, від форми ланцюгів мо лекул. Зі збільшенням числа мономерів, що входять до макромо лекули полімеру, зміцнюються його фізичні та хімічні власти вості, підвищується його міцність, твердість, температура плав лення, знижується розчинність у розчинниках. Способи одержання полімерів. Існує два способи: реакція полімеризації і реакція поліконден сації. При полімеризації відбувається послідовне з'єднання велико го числа мономерів однакового складу в макромолекулу поліме ру без виділення побічних речовин. Основними методами полі меризації є емульсійний, суспензійний, блочний та інші. Готова продукція називається за способом виготовлення: оргскло блоко ве, полівінілхлорид суспензійний.При поліконденсації високомолекулярні сполук утворюються з різних мономерів з виділенням побічного продукту: аміаку, хлористого водню, води й інших хімічних виходів. Сировину для синтезу полімерів можна розбити на п'ять груп: коксохімічна; нафтохімічна; рослинна; мінеральна; переробка природного газу. Пластмаси — це матеріали, які одержуються на основі природних чи синтетичних полімерів. Вони здатні при нагріванні переходити в пластичний стан і за допомогою пластичної дефор мації здобувати форму, що стійко зберігається після охолоджен ня і затвердіння. Найважливішими властивостями пластмас є: низька щільність (0,9—1,9 г/см³, у деяких видах — 2,6 г/см³); досить висока питома міцність; висока хімічна стійкість; низька звуко- та теплопровідність;на відміну від металів, пластмаси не бояться не тільки води, а й кислот, лугів;не проводять електричний струм; деякі з них є найкращими діелектриками, тому їх застосовують в електроніці як ізоляцій ний матеріал і основний конструкційний матеріал;мають антифрикційні властивості, що дозволяє виготовити з них підшипники, які не вимагають змащення; а також фрикційні властивості, що дозволяє виготовляти з них гальмові колодки та інші вироби;пластмаси в 5—8 разів легші за метали, що робить їх неза мінними в авіатехніці, автомобілебудуванні, побутовій техніці, радіоелектроніці. Наприклад, застосування 1 тонни пластмасових труб замість сталевих чи чавунних заощаджує в середньому 5—6 тонн чорних металів; багато видів пластмас є прозорими, оптичними. Вони мо жуть бути пружними і еластичними, легко формуються.Вироби з пластмас виготовляють, як правило, сучасними ви сокопродуктивними способами: пресуванням, литтям під тиском, пневмоформуванням, видуванням. Усі ці методи виробництва піддаються автоматизації, завдяки чому вироби з пластмас не вимагають високої трудомісткості. Пластмаси використовуються в машинобудуванні, в електротехнічній, автомобільній і авіацій ній галузях, в суднобудівництві і т. ін. Важливою підставою для широкого використання пластмас є те, що практично існують необмежені сировинні ресурси для їх нього виробництва. Широке застосування пластмас дозволяє зни зити матеріаломісткість продукції за рахунок заміни традиційних матеріалів. Коефіцієнт використання пластмас дорівнює 0,98.Недоліки пластмас:порівняно невисока твердість, термо- і теплостійкість;зниження міцності при перемінних навантаженнях;прискорене старіння під впливом сонця, тепла, повітря, світла; деякі з них токсичні.Для зміни властивостей пластмас застосовують, крім поліме рів, різні наповнювачі, пластифікатори, стабілізатори, затверджувачі, барвники (рис. 7.1).Сполучні компоненти: синтетичні смоли (полімери) чи ефіри целюлози.Наповнювачі: порошкові (деревне борошно, кварцове борошно, графіт, тальк);листові (папір, деревний шпон); тканинні чи волокнисті (скловолокно, тканина, текстильні пачоси); Пластифікатори додають підвищену пластичність і полег шують процес формування (камфора, гліцерин, олеїнова кислота й інші).Стабілізатори уповільнюють процес старіння: солі, мила та інші хімічні сполуки.Затверджувачі прискорюють процес переходу в неплавкий стан.Барвники додають відтінок і захищають від світлових променів.Виробництво пластмас складається із таких етапів: підготовка сировинних матеріалів, змішування компонентів суміші, розплав, охолодження, гранулювання чи подрібнення.Існує кілька видів класифікації пластмас: І. За складом:прості;складні.Прості — складаються на 90% зі смоли та інколи додається 10% пластифікатора. Вони дуже пластичні і прозорі (оргскло).Складні— крім полімерів, містять ще не менше 50% домішок, велику частину яких становлять наповнювачі та пластифікатори.Складні пластмаси класифікуються:без наповнювачів — ненаповнені;з наповнювачем — наповнені. За видом наповнювача:прес-порошки; волокнисті;листові чи шаруваті;газонаповнені — пінопласти, поропласти, чарунисті. Газонаповнені пластмаси відрізняються невеликою щільністю,невисокою міцністю, високими теплоізоляційними властивостя ми (пінополіуретан).За кількістю пластифікаторів:тверді;пластичні.За сортаментом: пластмаси випускаються в вигляді гранул, порошків, таблеток, листів, плит, труб. Деякі реактопласти випус каються в рідкому стані, що дає змогу їх використовувати для про сочення наповнювачів, склеювання, нанесення покриття й т. ін.За застосуванням:сировинні пластмаси, що випускаються у вигляді гранул, порошків, шматочків, таблеток, тобто загального призначення;спеціального призначення, що випускаються у вигляді заго товок різної форми (декоративні). До пластмас спеціального при значення відносяться також конструкційні, антифрикційні, фрик ційні, ізоляційні та ін.За хімічною природою при нагріванні:термопласти; термореактивні, чи реактопластичні.За фізико-механічними властивостями: жорсткі, напівжорсткі;м'які; еластичні.Назва пластмаси походить від назви полімеру, з якого вона одержана. Наприклад, поліетилен є пластмасою, одержаною з полімеру поліетилену, а поліаміди — з поліамідної смоли.Термопласти можуть багаторазово піддаватися переробці (по ліетилен, полістирол, поліпропілен, поліаміди, полівінілхлорид, поліметилметакриат (оргскло), фторопласти (найбільш міцний термопласт).Існує чотири види фторопластів: Ф1, Ф2, ФЗ, Ф4, які відріз няються властивостями похідного мономеру. Цифра в назві фторопласту (1, 2, 3, 4) вказує на кількість ато мів фтору в похідному мономері, що заміщає водень. Реактопласти після нагрівання твердіють, назавжди втрача ючи здатність плавитися при новому нагріванні, що виключає можливість їхнього повторного використання. Реактопласти ме ханічно міцні і більш теплостійкі. До них відносяться фенопласти, які одержуються на основі фенолоформальдегідних смол, те кстоліти, гетинакси, склотекстоліти, амінопласти.Вони хімічно стійкі (за хімічною стійкістю перевершують усі хімічні матеріали, навіть золото і срібло).Поліетилен — один з найбільш використовуваних термоплас тів. Його одержують з газу етилену — побічного продукту пере робки нафти. Властивості поліетилену залежать від способів його вироб ництва, що відзначаються регуляцією тиску в реакторі. При ви сокому тиску одержують поліетилен високого тиску (ПЕВТ), при низькому — поліетилен низького тиску (ПЕНТ). Поліетилен ви сокого тиску має порівняно невелику щільність (0,91 — 0,93 г/см³), поліетилен низького тиску — вищу щільність (0,94 — 0,96 г/см³), а тому має вищу міцність, твердість, теплостійкість у по рівнянні з поліетиленом високого тиску. для вигото влення плівки, каністр та ін. Якість готових виробів з пластмас залежить від ряду факторів: від якості вихідної сировини; від правильності відбору складових пластмаси; від вибору конструкції; від умов збереження; від дотримання режимів переробки;від ступеня очищення від літників, стиків, задирок, облоїв, рисок та ін., від зачищення, очистки виробу; від способу виробництва (наприклад, при одержанні виробу литтям його поверхня блискуча, а при одержанні виробу пресу ванням — матова). Залежно від призначення продукції пластмаси випробовують на міцність, фарбування, стійкість до дії холодної та гарячої во ди, розчинників, солей, кислот, лугів, а також до впливу тепла, світла, вогню, морозу. Особлива увага приділяється механічним дослідженням на міцність, еластичність, твердість, опірність роз риву, стиску, вигину, площинності.У виробах із пластмас не допускаються такі дефекти: трі щини, недопресовки, сторонні включення, роздуті раковини, жолоблення, задирки. Краї виробів повинні бути рівні, гладе нькі. Пластмаси  -  це в основному синтетичні смоли з домішкою наповнювача(каоліну, волокна тканини, азбесту), пластифікатора (дибутилфталату,камфори тощо) та пігменту, який надає їй того чи іншого кольору. Проте єбагато пластмас, які складаються лише з смоли та барвника.Всі пластмаси залежно від реакції смолоутворення діляться на два види:поліконденсаційні та полімеризаційні. Але в побуті пластмаси в основному ділять на реактопласти і термопласти.Реактопласти  (термореактивні   пластмаси)  -  здебільшого тверді імалогнучкі. Смоли, що входять до їх складу, реагують лише один раз  - при нагріванні в процесі виготовлення виробу. Потім вони тверднуть іпереходять у неплавкий стан. Усі реактопласти мають наповнювач, залежновід якого змінюються їх фізичні властивості  -  твердість, пружність,колір тощо.

Бакелітові пластмаси (феноло-формальдегідні) поділяють на окреміпідгрупи залежно від наповнювача, а саме; з бавовняними пачосами - волокніт, з азбестом  -  фаоліт; із скловолокном  -  склотекстоліт; шарові з паперу  -  гетинакс; шарові з тканини  -  текстоліт; шарові здеревним шпоном  -  лігнофоль, лігностон, баланіт, а такожкарболіт, неолейкорит з іншими наповнювачами.

Методом гарячого пресування карболіту виготовляють вимикачі, патрони,розетки тощо.Смолу бакеліт у розведеному стані  -  бакелітовий лак  -  використовуютьдля ізоляції обмоток електромашин, виготовлення водостійкої бакелітовоїфанери, деревостружкових плит тощо.Карбамідні  сечовинно-формальдегідні  та меламіно-формальдегідніпластмаси мають світлі тони, але поступаються у водостійкості. Крім того, вони можуть тверднути від домішок кислот без нагрівання. З карбамідних смол МФ-17 виготовляють клеї, а з деяких інших при домішуванні як наповнювачів пластичних матеріалів одержують амінопласти. Меламіно-формальдегідні пластмаси порівняно з карбамідними водо- і теплостійкіші, швидше тверднуть та більш прозорі. Поліуретанові пластмаси використовують при виробництві пінополіуретану пінистого еластичного матеріалу, з якого виготовляють набивку для м'яких меблів, різні губки, килими, також клеї, плівки тощо. Він негорючий. Термопласти (термопластичні пластмаси) у своєму складі мають смоли, які від дії тепла не змінюють хімічних властивостей, а тому тверднуть при охолодженні і знову плавляться при нагріванні. Вироби з термопластів можна розплавити і пресуванням або литтям переробити в інші.До термопластичних пластмас належать: етиленопласти (поліетилен та його похідні), вініпласт, акрилопласти (органічне скло, плексиглас), стиропласт (полістирол), амідопласт (капрон, нейлон), целопласт (целюлоза), фторопласт, етенопласт, епоксипласт, уретанопласт, протеїнопласт, бітумопласт, силікато-пласт.Поліетилен (етиленопласт) при кімнатній температурі не розчиняється в жодному розчиннику. Зовні схожий на парафін, але значно твердіший.Поліетилен легкий, не набрякає у воді і порівняно з іншими пластмасамидобрий діелектрик та високоеластичний. Застосовують його для