Пластмассы, их свойства, значение и применение в народном хозяйстве

Пластические массы (пластмассы, пластики) — это ма­териалы, содержащие в качестве основного компонента полимер, который при определенных температуре и давлении приобретает пластичность, а затем затвердевает, сохраняя форму при эксплуатации. В одних случаях пластмассы состоят в основном из полимера, в дру­гих — представляют собой сложные композиции (кроме полимера содержат наполнители, пластификаторы, вспо­могательные вещества и т. д.)

Полимер является основой, определяющей харак­терные свойства композиции. Выбор состава композиции зависит от свойств основного полимера и способности его совмещаться с добавками, заданных физико-механи­ческих свойств и качеств композиции (твердость, горю­честь, морозостойкость), а также от способности перера­батываться.

Добавки к полимеру могут существенно изменить его первоначальные физико-механические свойства: плот­ность, прочность, электро- и теплопроводность и т. д. По своему агрегатному состоянию полимеры могут быть жидкими (растворы, эмульсии, вязкие массы) и твердыми (гранулы, порошки, куски).

Широкое применение пластических масс определяется их ценными физическими и химическими свойствами, вы­сокими технико-экономическими показателями. Для ор­ганических полимеров и пластмасс на их основе харак­терна низкая плотность (от 0,9 до 1,2 г/см³), поэтому пластмассы обладают наибольшей среди конструк­ционных материалов прочностью, отнесенной к плотно­сти. Низкая плотность является очень важным свойством для применения материалов в авиа-, авто-, ракето- и судостроении. Многие пластмассы отличаются/высокой хи­мической стойкостью, некоторые из них (полиолефины, поливинилхлорид и особенно фторопласт) находят при­менение в химическом машиностроении, в ракетострое­нии, для защиты от коррозии металлов.

Полимеры и пластмассы на их основе обладают вы­сокими диэлектрическими свойствами; неполярные поли­меры (полиолефины, фторопласт) являются непревзой­денными диэлектриками 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. Мно­гие пластмассы обладают достаточной механической прочностью, гибкостью, морозостойкостью и теплостой­костью (например, фторопласт может применяться при температурах от — 269 до + 260 °С), прекрасными фрикционными и антифрикционными свойствами. Ценными являются оптические свойства некоторых пластмасс (полиметилметакрилат, полистирол, поликарбонаты), а так­же способность некоторых видов синтетических полиме­ров (ионообменные смолы) поглощать из водных раство­ров ионы химических соединений, которые затем уда­ляются при регенерации ионитов.

Пластмассы отличаются от большинства природных материалов возможностью изменения свойств в весьма широком диапазоне и способностью легко перерабаты­ваться в изделия многими способами: литьем под давле­нием, прессованием, экструзией и др.

Пластмассы широко применяются в машиностроении, приборостроении, авиа- и автостроении, в электро- и ра­диотехнике, промышленности средств связи, в капиталь­ном строительстве, в легкой, пищевой, химической про­мышленности, для производства товаров широкого по­требления и в сельском хозяйстве.

Наибольшее значение в мировом производстве имеют пластмассы на основе полимеризации. Так, доля полимеризационных пластмасс в СССР в 1980 г. составила 40% от всего производства пластмасс.

К пластмассам полимеризационного типа (термопла­стам) относятся такие соединения, как полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и др.

Полиэтилен (— СН₂ — СН₂ — )_n, получают полимериза­цией из этилена как при высоком давлении (100 МПа) в газовой фазе, так и при низком давлении в растворе. Он характеризуется высокой прочностью, хорошими ди­электрическими свойствами, химической стойкостью, не­высокой стоимостью. Применяется для производства труб, антикоррозионных покрытий, изготовления деталей в машиностроении, радиотехнике, электротехнике, упако­вочной пленки и тары.

Поливинилхлорид (-СН₂ —СН —)_n получается полимеризацией хлористого винила

Cl

суспензионным или эмуль­сионным способом; сырьем служит ацетилен. Это высо­копрочный, негорючий, химически стойкий и механически прочный полимер. Высокие технико-экономические пока­затели наряду с ценными свойствами делают его одним из ведущих в мировом производстве пластмасс.

Полистирол (СН₂ — СН — )_n также важный для народного хозяйства полимер,

C₆H₅

получаемый различными мето­дами полимеризации; отличается хорошими механиче­скими, химическими и эксплуатационными свойствами, легко перерабатывается в изделия многими способами, высокоэкономичен.

Из фторсодержащих полимеров наибольшее промыш­ленное значение имеют фторопласт-4, получаемый из те-трафторэтилена, и фторопласт-3, получаемый из три-фторхлорэтилена F₂C = CFC1. Фторсодержащие поли­меры обладают уникальными диэлектрическими свой­ствами, отличаются значительной свето-, тепло-, морозо- и химической стойкостью. Несмотря на высокую себе­стоимость, они широко применяются в ракето-, авиа-, су­достроении, химическом машиностроении, для защиты от коррозии, в приборостроении и т. д.

В последние годы ассортимент пластмасс полимери­зационного типа пополнился новым материалом — поли­формальдегидом и сополимерами формальдегида.

Полиформальдегид (—Н₂С—О—)_n получается полиме­ризацией газообразного формальдегида в растворите­ле — толуоле. Полиформальдегид отличается высокой механической прочностью, теплостойкостью и твер­достью, хорошими диэлектрическими свойствами и легко перерабатывается в изделия. Широко применяется во многих областях техники.

К полимеризационным пластмассам относят также полиакриловые полимеры, поливинилацетали, полипро­пилен, полиизобутилен и многие другие. Ассортимент этих пластмасс непрерывно увеличивается и пополняется. Среди пластических масс важное место занимают пластмассы на основе поликонденсации, включающие большую группу материалов: фенопласты, аминопласты, полиамиды и полиуретаны, а также пластмассы на осно­ве полиэфирных, эпоксидных и кремнийорганических смол. Объем производства этих пластмасс увеличивается, хотя доля их в мировом производстве понижается, так как они отличаются более сложными способами получе­ния сырья, более высокой трудоемкостью, меньшей, чем полимеризационные пластмассы, технологичностью (ме­нее совершенные процессы переработки пластмасс в из­делия, отходы в производстве и т. д.). Однако являясь ос­новой многих композиций, поликонденсационные смолы широко используются в виде прессовочных материалов (пресс-порошков, текстолитов, стеклотекстолитов, слоистых пластиков).

Наибольшее распространение получили смолы фенол-альдегидные (фенопласты) и мочевиноальдегидные (аминопласты). Сырьем для них служат фенол, формаль­дегид и другие альдегиды, карбамид. Наиболее широко они применяются в строительстве, авто- и авиастроении, для изготовления деталей машин и приборов, теле­фонных аппаратов, счетчиков, авторучек и т. д.

Из поликонденсационных смол все в больших масш­табах применяются полиэфирные, эпоксидные, полиуретановые и полиамидные. Они используются для перера­ботки в изделия, а также для получения лаков, клеев, красок и особенно герметиков благодаря их хорошим ад­гезионным свойствам.

Для улучшения технико-экономических показателей производства эпоксидных и полиэфирных смол особенно важно снижение энергозатрат и удешевление сырья, со­ставляющего в структуре себестоимости 80 — 85%, а так­же совершенствование технологии.