1. Пластические массы (пластмассы)

Многообразие физико-механических свойств делает пластмассы ценным конструкционным материалом. Пластмассы стали самостоятельным классом материалов, без которых не мыслится развитие современной техники. От товаров массового спроса до деталей космических кораблей ‑ таково в настоящее время назначение пластмасс.

Пластмассы — это твердые или упругие материалы на основе полимеров, пригодные для переработки в изделия в результате пластической деформации под влиянием нагревания и давления и способные затем сохранять закрепленную в результате охлаждения или отверждения форму.

Влияние полимеров на свойства пластмасс, в которые они входят, очень велико. Поэтому в названии пластмасс обычно содержится наименование того полимера, на основе которого приготовлена данная пластмасса, например: поливинилхлоридная, фенолоформальдегидная, поликарбонатная и т. д.

В зависимости от количества компонентов все пластмассы подразделяют на простые и сложные, или композиционные. Простые (полиэтилен, полистирол и т. д.) состоят из одного компонента ‑ синтетической смолы; композиционные (фенопласты, аминопласты и др.) ‑ из нескольких составляющих, каждая из которых выполняет определенную функциональную роль. В композиционных пластмассах смола является связующим для других составляющих. Свойства связующего во многом обусловливают физико-механические и технологические свойства пластмассы. Содержание связующего в пластмассах достигает 30 ‑ 70%. Кроме связующего, в состав сложных пластмасс входят различные вещества, которые по выполняемым ими функциям называются наполнителями, пластификаторами, смазывающими веществами, красителями и др.

Наполнители различного происхождения вводят в полимерные материалы для повышения их механической прочности, теплостойкости, уменьшения усадки и снижения стоимости композиции. Количество наполнителей составляет 40 – 70 %. Органические наполнители в основном играют роль упрочнителя ‑ древесная мука, хлопковые очесы, целлюлоза, хлопчатобумажная ткань, бумага, древесный шпон и др. Неорганические наполнители повышают термическую и химическую стойкость материала, изменяют его электрические и другие физические свойства – это графит, асбест, кварц, стекловолокно, стеклоткань и др. В зависимости от форм частиц наполнители подразделяются на порошковые (древесная и кварцевая мука, порошки металлов и слюды), волокнистые (асбестовое, стеклянное, хлопчатобумажное и синтетическое волокно) и листовые, армирующие (бумага, хлопчатобумажные, синтетические, стеклянные ткани, проволочные сетки, металлическая фольга и др.).

Пластификаторы ‑ это вещества, добавляемые обычно в термопластичные композиции для улучшения их формуемости, эластичности, текучести, гибкости и уменьшения хрупкости пластмасс при переработке. Термореактивные композиции при нагревании становятся жидкими и в пластификации, как правило, не нуждаются.

Пластификаторы придают твердому полимеру мягкость, пластичность и увеличивают его упругость. Они способствуют превращению твердых и хрупких смол в тестообразное состояние, удобное для формоизменения. В качестве пластификаторов применяют камфору, крезилфосфат, дибутилфталат, касторовое масло и др.).

Смазывающие вещества (стеарин, олеиновая кислота, стеарат кальция и др.) увеличивают текучесть, уменьшают трение между частицами композиций, устраняют прилипание прессуемых изделий к пресс-формам.

Стабилизаторы предотвращают старение полимера, т.е. необратимое изменение его свойств под действием света или повышенной температуры. Например, для защиты полиэтилена от действия ультрафиолетовых лучей в него вводят сажу.

Катализаторы (известь, магнезия и др.) ускоряют отвердение пластмасс.

Красители (сурик, нигрозин и др.) вводятся в количестве 1 ‑ 1,5%, окрашивают пластмассы в требуемый цвет.

При изготовлении газонаполненных пластмасс (поро- и пенопластов) в полимеры вводят газообразователи ‑ вещества, которые разлагаются при нагревании с выделением газообразных продуктов.

Иногда в состав пластмасс вводят специальные яды, придающие материалу стойкость против плесени и некоторых насекомых.

Многие синтетические полимеры могут совмещаться с большим количеством (до 20% по массе) дешевых и доступных природных веществ (например, песка) без утраты при этом полезных эксплуатационных свойств. Такие материалы получили название норпластов (наполненные органические пластмассы). Применением норпластов в промышленности достигается существенная экономия полимеров.

В зависимости от строения макромолекул полимерные вещества по-разному относятся к нагреванию и по этому признаку разделяются на термопластичные и термореактивные.

Термопласты. Линейные и разветвленные полимеры построены из отдельных макромолекул, связанных между собой межмолекулярными силами, величина которых в значительной степени определяет технические свойства вещества. Такие полимеры эластичны, плавятся или размягчаются при нагреве и при охлаждении снова переходят в твердое состояние. Линейные и разветвленные полимеры являются основой термопластичных пластмасс – термопластов (полиэтилен, капрон, винипласт, полистирол, фторопласт, органическое стекло и др.). Переход термопластов из твердого или высокоэластического состояния в вязко-текучее и обратно может происходить неоднократно без изменения их химического состава, что имеет решающее значение при выборе способов переработки термопластов.

Реактопласты. Пространственные (сшитые, сетчатые) структуры получаются либо сшивкой отдельных линейных цепей полимеров, либо в результате поликонденсации и полимеризации. Полимеры, способные образовывать пространственные структуры, являются основой термореактивных пластмасс – реактопластов (текстолит, пресс-материалы, стеклопластики и др.). При нагревании реактопласты легко переходят в вязко-текучее состояние, но с увеличением продолжительности действия повышенных температур в результате химической реакции переходят в твердое нерастворимое состояние. Отвердевшие реактопласты нельзя повторным нагревом вновь перевести в вязко-текучее состояние. Термореактивные смолы (полиэфирная, эпоксидная) относятся к числу самотвердеющих при комнатной температуре. При введении небольшого количества отвердителя они переходят в твердое необратимое состояние. Это также оказывает влияние на технологию получения пластмассовых деталей.

Пластмассы разделяют на жесткие, имеющие незначительное относительное удлинение и называемые пластиками (поликарбонат, гетинакс, фенопласт, стеклопластик, текстолит, асбест), и мягкие, обладающие большим относительным удлинением и малой упругостью и называемые эластиками (полиэтилен, полиуретан, паронит, капрон, поливинилхлорид).