40. Наполнители и другие компоненты пластмасс

Наполнители, подобно заполнителям в бетоне, значительно удешевляют стоимость изделий. Кроме того, наполнители уменьшают усадку пластмасс при получении изделий и способствуют достижению большей точности их размеров. Наполнители вводят в состав пластической массы для экономии связующего и для увеличения прочности, так как они являются своеобразным механическим каркасом,

В качестве наполнителей для производства пластмасс применяют материалы органического и неорганического происхождения.

Органические наполнители. Представителями органических наполнителей являются растительные волокна, состоящие главным образом из целлюлозы – хлопкового пуха и древесной муки. Древесная мука - один из самых распространенных наполнителей. Для ее изготовления используют различные отходы деревообработки. Древесная мука обычно применяется в составах пресс-порошков типа фенопласта. Бумага — лучший наполнитель для изготовления слоистых пластиков с повышенными электроизоляционными свойствами. Ее применяют также для производства конструкционных пластмасс (например, гетинакса). Для производства текстолита применяют различные хлопчатобумажные ткани.

Неорганические наполнители. К неорганическим относят асбестовые наполнители, которые получают в результате пе­реработки асбеста двух типов: хризотила и антофилита.

Пластификаторы. В большинстве случаев пластификаторами являются маслянистые жидкости, которые вводят в состав пластмасс, чтобы увеличить гибкость материала в период эксплуатации и улучшить технологические свойства композиции на стадии формования изделий.

Действие пластификаторов сводится к проникновению молекул пластификатора между цепями полимера и уменьшению вследствие этого сил взаимодействия. К недостаткам действия пластификаторов относят понижение температуры текучести полимера и возможность постепенного испарения пластификатора. Для того чтобы полимерные материалы с пластификатором сохраняли приобретенные свойства, последние должны быть нелетучи­ми (температура кипения не ниже 250°С), негигроскопичными, свето- и водостойкими.

К числу наиболее распространенных пластификаторов относят сложные эфиры (дибутилфталат, диоктилфталат), представляющие собой бесцветные или слабо окрашенные жидкости, а также галловое, тунговое, диэновое, касторовое и веретенное масла._

Отвердители. Их применяют для перевода ряда смол в неплавкое и нерастворимое состояние или для ускорения процессов отверждения термореактивных смол. В зависимости от вида смолы и режима отверждения (горячего или холодного) применяют те или иные отвердители - кислоты, ангидриды, перекиси, спирты, амины.

Кроме перечисленных компонентов, в состав пластмасс могут входить вещества, повышающие стойкость к старению под влиянием кислорода (антиоксиданты), защищающие пластмассы от плесени и бактерий (фунгсиды), а также растворители и пигменты.

43. Основные свойства материалов из пластмасс и полимеров Пластмассы и полимеры обладают рядом важных физико-механяческих и химических свойств, определяющих их использование в народном хозяйстве. Плотность пластмасс колеблется от 900 до 2200 кт/м³. Имеются пластмассы, обладающие очень малой средней плотностью (10 кг/м³). Это так называемые газонаполненные пластмассы (пенопласта и поропласты).

Антикоррозионная стойкость. Пенопласты как диэлектрики совершенно не подвергаются коррозии и очень стойки при воздействии различных химических агрессивных сред. На многие пластмассы не действуют слабые кислоты и слабые щелочи; имеются пластмассы, стойкие к воздействию даже концентрированных кислот и щелочей.

Теплоизоляционные свойства. Все пластмассы, как правило, плохо проводят тепло; их коэффициент теплопроводности X = 0,3 ... 0,4 Вт/ (м∙°С). Пено- и поропласты обладают еще более низкой теплопроводностью X = 0,06 .. . 0,03 Вт/ (м∙°С), поэтому их широко применяют в качестве теплоизолирующих материалов.

Адгезионные свойства. На основе полимеров изготавливают клеи для склеивания металлов, древесины, силикатных и других материалов. Клеи этого типа можно применять для горячего и холодного отверждения, Например, клей на основе эпоксидных смол обладают прочностью при растяжении (при склейке металлов) до 30 ... 40 МПа. В строительной промышленности в настоящее время широко изготавливают клеевые соединения, по прочности равные цельной древесине.

Цвет. Пластмассы и полимеры хорошо окрашиваются в любые цвета. При использовании стойких красителей они долго сохраняют свой внешний вид. Хорошая окрашиваемость пластмасс и полимеров по всей толщине изделия позволяет избежать периодических покрасок, снижает эксплуатационные расходы при их применении.

Прочность. Пластмассы обладают высокими показателями механической прочности. Так, пластмассы с порошкообразными и волокнистыми наполнителям имеют предел прочности при сжатии от 120 до 160 МПа, а предел прочности изгибе — от 40 до 60 МПа. Прочность при разрыве пластмасс с такими листообразными заполнителями, как текстолит достигает 150 МПа и у стекловолокнистого анизотропного материала (СВАМ) от 480 до 950 МПа

Ползучесть. Пластмассы и полимеры обладают повышенной ползучестью - медленно развивающимся пластическим течением под нагрузкой. Даже наполненные пластмассы подвержены ползучести в гораздо большей степени, чем цементобетоны, металлы и другие материалы. Повышенная ползучесть пластмасс является сдерживающим фактором на пути более широкого их использования в несущих конструкциях.

Коэффициент конструктивного качества (величина, получаемая от деления показателя прочности материала на его среднюю плотность) у пластмасс весьма велик. Так, для кирпичной кладки он равен 0,02, для бетона - около 0,06, для стали — 0,51, у текстолита — 2 и у СВАМ- 2,2.

Технологические свойства. Пластмассы обладают высокой пластичностью. Это свойство позволяет получать многие пластмассы в виде тончайших нитей и применять для переработки их в изделия наиболее совершенные методы, исключающие образование отходов. К этим методам переработки относятся: литье, прессование, под давлением, формование с применением невысокого давления или вакуума.

Имеется большая группа пластмасс, которые можно сваривать между собой. Таким образом изготовляют трубы сложной формы, бункера, емкости и др. Сварку производят с помощью простейших приспособлений горячим газом при температуре 150 . .. 250°С.

Недостатки пластмасс. Как все материалы органического происхождения, пластмассы обладают сравнительно невысокой теплостойкостью. Эксплуатационная температура пластмасс до последнего времени не превышала 80 . . . 150°С. Только некоторые из них, например кремнийорганические, политетрафторэтиленовые, могут работать при температуре до 350°С.

Пластмассы обладают малой поверхностной твердостью. Например, у полистирольных и акриловых пластмасс твердость по Бринеллю составляет 1,5 МПа, у текстолита - 3,5 МПа. Наиболее низкой твердостью обладают пластмассы на основе целлюлозы.

К числу недостатков многих пластмасс относится способность поглощать воду и набухать, что влечет за собой увеличение размеров и уменьшение механической прочности. К недостаткам пластмасс может быть отнесен их высокий коэффициент термического расширения, который колеблется в пределах (25 ... 120)∙10^-6.

Пластмассы со временем стареют, т. е. происходит постепенное их разрушение (деструкция) или ухудшение качественных показателей, например увеличение жесткости, упругости, снижение прочности и поверхностной твердости, появление мягкости, липкости, потемнения.

Старение следует рассматривать как весьма сложный процесс, активизированный внешними факторами самораспада макромолекул.