Полимеры и пластмассы

К неметаллическим материалам относятся полимерные материалы органического и неорганического происхождения: различные виды пластических масс, каучуки, резины, герметики, лакокрасочные материалы, а также графит, стекло и керамика.

Полимерами называются вещества, макромолекулы которых состоят из многочисленных элементарных звеньев (мономеров) одинаковой структуры.

Полимеры классифицируются по разным признакам:

1. По происхождению:

природные (натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест, природный графит);

искусственные (капрон, полиэтилен и др.).

2. По составу:

органические: карбоцепные (основная цепь только из атомов углерода) и гетероцепные (в составе основной цепи, помимо углерода, есть и другие атомы), например смолы, каучуки;

элементоорганические (т.е. содержащие в составе основной цепи атомы кремния, титана, алюминия), например кремнийорганические соединения;

неорганические (т.е. не содержащие углерода), например силикатные стекла, керамика, слюда, асбест.

3. По фазовому состоянию:

аморфные однофазны и построены из цепных молекул, собранных в пачки или свернутых в глобулы;

кристаллические однофазны или многофазны, имеют пространственную кристаллическую решетку или ее подобие (рис. 3.3).

4. По строению макромолекул:

линейные, разветвленные, лестничные, пространственные (рис. 3.4).

5. По полярности молекул:

полярные полимеры обладают повышенной жесткостью и теплостойкостью;

неполярные полимеры (на основе углеводородов) являются хорошими диэлектриками и более морозостойки, чем полярные.

6. По отношению к нагреву:

термопластичные полимеры размягчаются при каждом последующем нагреве; они наиболее дешевы, технологичны (литье под давлением), допускают повторную переработку, однако обладают довольно низкой прочностью и теплостойкостью;

термореактивные полимеры получают в результате химической реакции, проходящей при повышенной температуре; повторный нагрев не может их размягчить; отличаются повышенными механическими свойствами и теплостойкостью.

Пластмассами называют искусственные материалы, получаемые на основе органических полимерных связующих (синтетических смол, эфиров, целлюлозы). Многие пластмассы, главным образом термопласты, состоят из одного полимерного связующего (капрон, полиэтилен, тефлон – фторопласт-4).

В состав пластмасс могут входить:

наполнители (порошки – костная мука, графит; отдельные волокна – стекловолокно, очесы хлопчатобумажных тканей, асбестовые волокна; ткани – текстолит, стеклотекстолит), которые повышают механические свойства и удешевляют материал;

пластификаторы, повышающие ударопрочность и морозостойкость;

отвердители или катализаторы, позволяющие отверждать пластмассы при изготовлении;

красители (пигменты);

специальные вещества, придающие определенные физические свойства (графит и алюминиевая пудра придают электропроводность, графит повышает износостойкость и т. д.).

Пластмассы классифицируют по следующим признакам.

1. По составу связующего и отношению к нагреву:

термопласты готовят на основе термопластичных полимеров;

реактопласты готовят на основе термореактивных полимеров.

2. По виду наполнителя: порошковые, волокнистые, слоистые, газонаполненные.

3. По применению:

силовые (конструкционные, фрикционные, антифрикционные, электроизоляционные и т. д.);

несиловые (оптически-прозрачные, химически стойкие, термоизоляционные, декоративные и т. д.).

Положительными сторонами пластмасс являются их технологичность (хорошо льются, клеятся); малая плотность (1–2 г/см³); высокая удельная прочность; низкая теплопроводность и хорошие тепло- и электроизоляционные свойства; высокая химическая стойкость; фрикционные и антифрикционные свойства.

Недостатками пластмасс являются невысокая тепло- и светостойкость; низкие модуль упругости и ударная вязкость по сравнению с металлами; значительное тепловое расширение, в 10–30 раз большее, чем у стали; склонность к старению (охрупчиванию) и в большинстве случаев невозможность повторной переработки.