Пластмассы, основные виды, их свойства и применение

Пластмассами называют материалы, получаемые на основе природных или синтетических полимеров, которые на определенной стадии производства или переработки обладают высокой пластичностью.

Пластмассы широко применяются практически во всех отраслях народного хозяйства, что обусловлено наличием у различных видов пластмасс широкого спектра полезных свойств.

Пластмассы получаются синтезом (соединением) молекул простых органических и неорганических веществ (мономеров) с получением больших макромолекул – полимеров ("поли"– много).

В зависимости от поведения при нагревании пластмассы делятся на термопластичные и термореактивные.

Пластмассы, свойства и строение которых после нагревания и последующего охлаждения не изменяются, называются термопластичными – каждый раз при нагревании они размягчаются, а при охлаждении затвердевают, не изменяя своих свойств, поэтому могут перерабатываться многократно. Полимеры, которые при нагревании или охлаждении необратимо изменяют структуру, теряя способность плавиться и растворяться, называются термореактивными. Эти полимеры могут обрабатываться однократно.

Для придания пластмассе различных полезных свойств в ее состав вводят наполнители, пластификаторы и различные добавки.

Наполнителями служат органические или неорганические вещества в виде порошков (древесной или кварцевой муки, графита), волокон (бумажных, хлопчатобумажных, асбестовых, стеклянных) или листов (ткани, слюды, древесного шпона). Наполнители повышают прочность, теплостойкость, износостойкость и другие свойства пластмасс.

Пластификаторами называют вещества, вводимые в состав пластмасс с целью повышения их пластичности и эластичности.

К добавкам откосятся вещества, замедляющие разрушение пластмасс при воздействии тепла, света и других факторов. Для изменения цвета пластмассы в нее добавляют красители.

По происхождению пластмассы делятся на природные и синтетические. К природным полимерам относятся материалы, созданные на основе целлюлозы (продукта переработки древесины и хлопка) – целлофан, целлулоид, ацетатное волокно, нитролаки, кинопленка и др.

Экономически наиболее эффективными являются синтетические пластмассы, получаемые полимеризацией или поликонденсацией.

Полимеризацией называется процесс образования высокомолекулярных соединений – полимеров, при котором макромолекулы образуются путем последовательного соединения молекул низкомолекулярного вещества – мономера, при этом не происходит образование каких-либо побочных продуктов.

Поликонденсацией называется процесс образования высокомолекулярных соединений не менее чем из двух мономеров, проходящий с выделением низкомолекулярных продуктов (низкомолекулярных веществ – воды, спирта и т. д.).

Широкое применение пластмасс определяется их ценными физическими и химическими свойствами. Для органических полимеров и пластмасс на их основе характерна низкая плотность, что определяет их широкое использование в авиа-, авто-, ракето- и судостроении.

Многие пластмассы отличаются высокой химической стойкостью. Они не подвержены электрохимической коррозии, на них не действуют слабые кислоты и щелочи. Некоторые из пластмасс (фторопласты, поливинилхлориды, полиолефины и др.) находят применение в химическом машиностроении, в ракетостроении, служат для защиты металлов от коррозии. Большинство пластмасс безвредно в санитарном отношении.

Пластмассы обладают высокими диэлектрическими свойствами и широко применяются в электро-, радиотехнике и радиоэлектронике.

Пластмассы имеют низкую теплопроводность (в 70–220 раз ниже теплопроводности стали), что позволяет их использовать в качестве теплоизоляторов.

Механические свойства пластмасс находятся в широком диапазоне. В зависимости от вида они могут быть твердыми и прочными или же гибкими и упругими. Ряд видов пластмасс по механической прочности превосходит чугун и бронзу.

Многие пластмассы обладают высокой морозостойкостью и теплостойкостью (например, фторопласт может применяться при температурах от –269 до +260°С).

Хорошие антифрикционные свойства одних видов пластмасс позволяют применять их для изготовления подшипников скольжения, высокий коэффициент трения других видов позволяет их использовать для изготовления деталей тормозящих устройств.

Пластмассы обладают хорошей восприимчивостью к окрашиванию. Некоторые пластмассы могут быть изготовлены прозрачными, не уступающими по своим оптическим свойствам стеклу. При этом пластмассы, в отличие от стекла, пропускают ультрафиолетовые лучи.

Пластмассы обладают хорошими технологическими свойствами – при обработке хорошо льются, прессуются, обрабатываются резанием. Изделия из пластмасс изготавливают способами безотходной технологии (без снятия стружки) – литьем, прессованием, формованием с применением невысоких давлений в вакууме.

Недостатком пластмасс являются: малая прочность, жесткость и твердость, большая ползучесть, особенно у термопластов, низкая теплостойкость (для большинства пластмасс температура составляет от -60° до +200°), старение, плохая теплопроводность. Однако положительные свойства пластмасс несравнимо выше их недостатков, поэтому их применение очень высокое и непрерывно растет. Рассмотрим наиболее часто применяемые виды пластмасс.

Основные виды термопластичных пластмасс, их свойства и применение

Из полимеризационных пластмасс наиболее широко используются: полиэтилен, полипропилен, полистирол, винипласт, фторопласт и полиакрилат.

Полиэтилен. Полиэтилен является продуктом полимеризации этилена. Его получают при крекинге нефти, из коксового газа, из этилового спирта.

Полиэтилен выпускается в виде пленок толщиной 0,03–0,3 мм, шириной 1400 мм и длиной до 300 м, а также в виде листов толщиной 1–6 мм и шириной до 1400 мм. Полиэтилен обладает исключительно высокими диэлектрическими свойствами, поэтому находит широкое применение при изготовлении кабельной изоляции, деталей для радиоаппаратуры, телевизионных и телеграфных установок. Вследствие водонепроницаемости и химической стойкости (при температурах до 60°С он стоек против соляной, серной, азотной кислот, растворов щелочей и многих органических растворителей) полиэтилен применяют для изготовления деталей химической аппаратуры, нефте- и газопроводов, цистерн, им выстилают каналы оросительных сетей. Полиэтилен нетоксичен, поэтому из него изготавливают пленку для хранения пищевых продуктов, применяют для изготовления предметов домашнего обихода. Так как полиэтилен прозрачен, то его применяют в качестве заменителя стекла, в сельском хозяйстве полиэтиленовой пленкой покрывают парники. Из полиэтилена изготавливают крышки подшипников, детали вентиляторов и насосов, гайки, шайбы, полые изделия вместимостью до 200 л, тару для хранения и транспортировки кислот и щелочей.

Полипропилен является производным этилена. По сравнению с полиэтиленом полипропилен имеет более высокую механическую прочность и жесткость, большую теплостойкость и меньшую склонность к старению. Недостатком полипропилена является его невысокая морозостойкость.

Полипропилен применяют для изготовления антикоррозионного покрытия резервуаров, труб и арматуры трубопроводов, электроизоляторов, а также для изготовления деталей, применяемых при работе в агрессивных средах. Из полипропилена изготавливают корпуса автомобилей и аккумуляторов, прокладки, трубы, фланцы, водонапорную арматуру, пленки, пленочные покрытия бумаги и картона, корпуса воздушных фильтров, конденсаторы, зубчатые и червячные колеса, ролики, подшипники скольжения, фильтры масляных и воздушных систем, уплотнения, детали приборов и автоматов точной механики, кулачковые механизмы, детали телевизоров, магнитофонов, холодильников, стиральных машин, изоляцию проводов и кабелей и т.д. Полипропилен обладает хорошими технологи-ческими свойствами – способностью к литью, экструзии, прессованию, сварке и обработке резанием.

Отходы при производстве полипропилена и отработавшие изделия из него используют для повторной переработки.

Полистирол – продукт полимеризации стирола. Твердый, жесткий, бесцветный, прозрачный полимер, водостоек, обладает прекрасными диэлектрическими свойствами, химически инертен, легко окрашивается в различные цвета. Недостатками полистирола являются его повышенная хрупкость при ударных нагрузках, склонность к старению, невысокая тепло- и морозостойкость.

Полистирол перерабатывается в изделия литьем под давлением, экструзией. Его применяют для изготовления деталей радио- и электроаппаратуры, предметов домашнего обихода, детских игрушек, трубок для изоляции проводов, пленок для изоляции в электрических кабелях и конденсаторах, открытых емкостей (лотков, тарелок, подносов), прокладок, втулок, светофильтров, крупногабаритных изделий радиотехники (корпусов транзисторных приемников), деталей электропылесосов, мебельной фурнитуры, конструкционных изделий с антистатическими свойствами. Ударопрочным полистиролом облицовывают пассажирские вагоны, салоны автобусов и самолетов. Из него изготавливают крупногабаритные детали холодильников, корпуса радиоприемников, телефонных аппаратов и т. д.

Поливинилхлоридные пластмассы. Пластмассы на основе поливинилхлорида (полихлорвинил или сокращенно ПХВ) имеют хорошие электроизоляционные свойства, химически стойки, не поддерживают горения, атмосферо-, водо-, масло- и бензостойки.

Обработкой порошкового ПХВ получают винипласт в виде пленок, листов, труб, стержней. Винипластовые детали хорошо механически обрабатываются и хорошо свариваются. Из винипласта изготавливают трубы для транспортировки воды, агрессивных жидкостей и газов, коррозионно-стойкие емкости, защитные покрытия для электропроводки, детали вентиляционных установок, теплообменников, шланги вакуум-проводов, защитные покрытия для металлических емкостей, изоляцию проводов и кабелей. Поливинилхлорид используют для получения пенопластов, линолеума, искусственной кожи, объемной тары, товаров бытовой химии, вибропоглощающих материалов в машино-строении и на всех видах транспорта, водо-, бензо- и антифризостойких трубок, прокладок и т.д.

Фторопласты – производные этилена, где все атомы водорода заменены галогенами. Наиболее широкое распространение получил фторопласт-4 (тефлон), или политетрафторэтилен.

Фторопласт-4 в изделиях представляет собой белое вещество со скользкой, не смачивающейся водой поверхностью. Он имеет исключительно высокие диэлектрические свойства, по химической стойкости превосходит все известные материалы, включая благородные металлы, может длительно выдерживать температуры до 250ºС. Пленка из него не становится хрупкой даже в среде жидкого гелия. Он стоек к воздействию минеральных и органических щелочей, кислот, органических растворителей, не набухает в воде, не смачивается жидкостями и вязкотекучими средами пищевых производств (тестом, патокой, вареньем и т.д.). При непосредственном контакте не оказывает влияния на организм человека, разрушается только под действием расплавленных щелочных металлов. Фто-ропласт-4 имеет низкий коэффициент трения и применяется для изготовления подшипников скольжения без смазки. Фторопласты широко применяются в электро- и радиотехнической промышленности, а также для изготовления химически стойких труб, кранов, мембран, насосов, подшипников, деталей медицинской техники, коррозионно-стойких конструкций, тепло- и морозостойких деталей (втулок, пластин, дисков, прокладок, сальников, клапанов), для облицовки внутренних поверхностей различных криогенных емкостей.

Полиакрилаты. Наиболее известным представителем этой группы является органическое стекло (оргстекло). Оно термопластично, достаточно прочно, легче стекла, обладает высокой прозрачностью и пропускает ультрафиолетовые лучи, имеет высокий коэффициент преломления. Его применяют для изготовления оптических стекол, из него делают окна самолетов и кораблей, предметы домашнего обихода. Недостаток – низкая поверхностная твердость.

Полиамиды включают в себя такие известные пластмассы, как нейлон, капрон и др. Их применяют для изготовления зубчатых колес и др. деталей машин – получают методом литья под давлением, для электроизоляции проводов – путем нанесения на них расплавленной смолы, для изготовления волокна – при продавливании смолы через фильеры, для изготовления пленки и клея. Волокна из полиамидов используют для корда автопокрышек, изготовления буксировочных канатов,

Для производства чулочно-носочных изделий и т.д. Полиамиды имеют низкий коэффициент трения и могут использоваться в качестве подшипников.

Полиуретаны характеризуются высокой упругостью, износостойкостью, низким коэффициентом трения. Их используют для изготовления изоляции, фильтровальных и парашютных тканей, применяют для получения пенопластов, каучуков, пленок антикоррозионных покрытий.

Основные виды термореактивных пластмасс, их свойства и применение

Основу термореактивных пластмасс (реактопластов) составляет связующее вещество – химически затвердевающая термореактивная смола. Кроме того, в состав реактопластов входят наполнители, пластификаторы, отвердители, ускорители или замедлители, растворители. Наполнителями, определяющими структурную основу пластмасс, могут быть порошковые, волокнистые и гибкие листовые материалы. Наиболее известными являются слоистые пластики, представляющие собой композиции из чередующихся слоев связующей смолы и листового наполнителя. В зависимости от вида наполнителя слоистые пластики получают свое наименование: гетинакс (наполнитель – бумага), текстолит (наполнитель – хлопчатобумажная ткань), асбо-текстолит (наполнитель – асбестовая ткань), стеклотекстолит (наполнитель – стеклянная ткань), древеснослоистые пластики – ДСП (наполнитель – древесный шпон).

Слоистые наполнители пропитывают смолой, сушат и режут по размеру. Из готовых листов в этажных прессах горячим способом прессуют плиты, а в пресс-формах – иные заготовки или детали.

Гетинакс применяют в электро- и радиотехнике в листах и плитах для изготовления панелей, печатных плат, электроизоляторов, изолирующих шайб, прокладок, а также в виде труб и цилиндров в трансформаторах.

Текстолит применяется для изготовления зубчатых колес, вкладышей подшипников и, так же как гетинакс, для изготовления электроизоляторов и печатных плат. В сравнении с гетинаксом он прочнее и устойчив при нагревании до 130°С.

Асботекстолит отличается теплостойкостью и хорошими фрикционными свойствами. Его применяют для изготовления трущихся деталей дисков сцепления и тормозных колодок.

Стеклотекстолит исключительно прочен и отличный электроизолятор.

При изготовлении поро- и пенопластов добавляют газообразователи – вещества, которые при нагреве разлагаются и выделяют большое количество газов, вспенивающих смолу.

Дата добавления: 2015-05-10