Пластические массы (пластмассы)

Пластические массы - большая группа разнообразных ма­териалов, получаемых на основе высокомолекулярных соеди­нений, способных под влиянием температуры и давления при­нимать определенную форму и сохранять ее затем при эксплу­атации в определенных условиях. Основу любой пластмассы составляют искусственные или естественные полимеры, кото­рые связывают, как бы цементируют все остальные составные части.

Пластические массы могут состоять из одной смолы (литые изделия), но обычно они содержат еще наполнители, пласти­фикаторы, стабилизаторы, красители и другие добавки.

На­полнители вводятся по соображениям технического и экономи­ческого порядка. Они уменьшают стоимость изделий и увели­чивают прочность и твердость пластмасс. В качестве наполни­телей используется древесная мука, опилки, стружки, различ­ные волокна - натуральные, химические, стеклянные, асбесто­вые; для производства сложных пластмасс широко применя­ются бумага, ткани, тонкие листы древесины; наполнителем для пенопластов (газонаполненные пластмассы) служат газы. Часто для приготовления изделий из пластмасс вводят пласти­фикаторы. Они придают всей композиции пластичность, эла­стичность, что облегчает переработку пластмасс в изделия. В качестве пластификаторов используют триэтил-, трибутил-, трифенилфталаты, диметил- и дибутилфталаты, камфору и др. Пластмассы содержат также стабилизаторы - вещества, замедляющие термическую деструкцию (термостабилизаторы) и защищающие от воздействия света (светостабилизаторы). Чаще всего это амины, производные фенолов, бензофенона, сажа и др. Для придания полимерам негорючести вводятся до­бавки - антипирены, в качестве которых используют хлориро­ванные жирные углеводороды, фосфорнокислый аммоний, трехокись сурьмы и др.

Пластические массы обладают ценными физическими и хи­мическими свойствами, что обеспечивает их широкое применение в промышленности и в быту.

Твердый белый продукт полимеризации этилена - поли­этилен - один из наиболее распространенных пластиков. Он получается как при высоком (до 2000 ат), так и при низком (от 1 до 40 ат) давлении с разнообразными катализаторами, образуя полимеры, отличающиеся по свойствам и молекуляр­ному весу.

Полученные продукты могут быть твердыми или подобными воску. Воскообразные вещества применяются для приготовле­ния «политур», смазочных масел, водонепроницаемой бумаги и картона, кожзаменителей, а твердые - как конструкционный материал.

Отличные изоляционные свойства, высокие механические свойства, легкость, стойкость к воде, газам и различным мине­ральным кислотам - все это предопределило широкое исполь­зование полиэтилена.

Полиэтилен применяется для изготовления изоляции кабе­лей, различных деталей в электро- и радиотехнике, труб, вен­тилей, клапанов, пленок для упаковки, защитных покрытий (против коррозии) и многого другого. Полиэтилен не обладает запахом, безвреден и поэтому ис­пользуется для упаковки пищевых продуктов (мешочки, бу­тылки, ведра) и духов. Из него производят также плащи, сум­ки, скатерти и т. д.

С успехом используется в промышленности пластмасс и кожзаменителей полихлорвиниловая смола. Твердый полихлорвиниловый пластик (винипласт) устойчив к спирту, бензину, маслам, щелочам, слабым кислотам и употребляется для футеровки химической аппаратуры, для изготов­ления труб, деталей машин, арматуры, профилированных из­делий, плиток для полов. Из пластиката на основе полихлор­виниловой смолы делают непромокаемые плащи, изоляцию для проводов.

Если нанести такую смолу на ткань, то полученный материал - тектовинит заменяет кожу при изготовлении су­мок, портфелей и т. д. Марля, бумага, картон, покрытые поли­хлорвиниловой смолой, дают новый материал - линкруст, идущий для облицовки стен общественных и служебных поме­щений, вагонов.

Из 1 т винипласта можно изготовить водопроводные трубы для 250 квартир, в результате чего экономится около 6 т. ме­талла. На химических заводах винипластовые трубы не только заменяют металл, но и в несколько раз облегчают эксплуатацию, так как в агрессивных средах они в 10 раз и более долговечнее, чем трубы из нержавеющей стали.

Из пластикатной пленки изготовляют спецодежду для ра­ботников химической и других отраслей промышленности: на­кидки, фартуки, бахилы, халаты, рукавицы.

Большое применение имеют фторпроизводные этилена - фторопласты (полимер четырехфтористого этилена - фторо-пласт-4 и трифторэтилена - фторопласт-3).

Фторопласт-4 - очень ценный, прочный пластик, который выдерживает действие горячих концентрированных серной и азотной кислот, «царской водки», едкого натра и других агрес­сивных веществ. Детали из фторопласта-4 выдерживают темпе­ратуры от - 190° до +300°С. Химическая устойчивость фторо­пласта-4 позволяет применять его в качестве уплотняющего материала в вентилях, насосах, в валах мешалок и другом обо­рудовании химической промышленности, работающем в силь­но агрессивных средах. Фторопласт-4 обладает самым низким коэффициентом трения и потому используется для создания таких частей и узлов оборудования, которые не требуют смаз­ки. Из него, кроме того, можно получать тончайшие пленки и трубки.

За последние годы у нас и за рубежом появилось большое количество различных фторсодержащих полимеров и, в част­ности, таких, которые выдерживают длительное ультрафиоле­товое облучение.

Подобные материалы найдут широкое при­менение в различных отраслях техники.

Акрилонитрил и эфиры акриловой и метакриловой кислот при полимеризации образуют прозрачные твердые смолы, иду­щие для приготовления небьющегося органического стекла, со­судов, оптических линз, зубных протезов. Растворы такой смолы в органических растворителях применяются для нанесения стойких покрытий.

Полистирол образуется полимеризацией стирола в массе или эмульсии в виде белого порошка или стеклообразной мас­сы и обладает высокими диэлектрическими свойствами. Он не имеет запаха, прозрачен, хорошо окрашивается во все цвета. Из полистирола и его сополимеров изготовляют корпуса радио­приемников, части холодильников, изоляторы, бытовые счет­чики, автомобильные детали, химически стойкие сосуды, а так­же предметы домашнего обихода. Сополимер стирола с каучу­ком прочен, эластичен и в то же время почти вдвое легче алю­миния. Из него изготовляют детали автомобилей, холодильни­ков, радиоприемников, телевизоров и т. д.

Реакцией поликонденсации фенола с формалином получа­ют фенолформальдегидные смолы, на основе которых промыш­ленность выпускает большое количество разнообразных прес­совочных и слоистых материалов.

Изменение соотношения исходных веществ и условий про­цесса позволяет получать прозрачную или слегка замутневшую смолу янтарно-желтого цвета (бакелит) или белую непрозрач­ную, по внешнему виду напоминающую слоновую кость (неолейкорит), и в случае применения красителей - смолу разно­образных расцветок. Красивые литые смолы используются, главным образом, для изготовления галантерейных изделий и электроизоляторов. При растворении фенолоформальдегидной смолы в этиловом спирте образуется бакелитовый лак, применяемый для пропитки наполнителей и в виде защитных покрытий различных

материалов (деревянных и металличе­ских изделий). Пластмассы, получаемые на основе фенол-формальдегидных полимеров, называют фенопластами.

Все большее распространение получают слоистые пластмас­сы, которые изготовляются горячим прессованием наложенных друг на друга нескольких слоев

листовых волокнистых мате­риалов (бумага, древесный шпон, ткани, асбест), пропитанных синтетическими смолами. К ним относится гетинакс, декора­тивные слоистые пластики и древеснослоистые пластмассы. Гетинакс - слоистый прессованный материал, состоящий из двух и более слоев специальной бумаги, пропитанных феноло-формальдегидной смолой. Одни виды гетинакса применяются для работ в трансформаторном масле в интервале температур от -60 до 4-70°. Из них изготовляют детали высоковольтных устройств: масляные выключатели, трансформаторы, Дроссели и т. д. Другие виды гетинакса используются в качестве конструкционного материала, в радиоустановках, для телефонных установок/ Гетинакс устойчив к действию жиров и минераль­ных масел, менее стоек к влиянию кислот.

Бумажно-слоистые пластики - листовой материал, изготовляемый из специальных сортов бумаги, пропитанной феноло-формальдегидной или

мочевиноформальдегидной смолой и подвергнутый горячему прессованию. К этому типу пластмасс относятся декоративные пластики. Пластики под дуб, карель­скую березу, орех, малахит, мрамор используются для отделки кают судов, автобусов, самолетов, магазинов, кафе и т. д.

Древеснослоистые пластики получаются в результате горя­чего прессования тонких (от 0,2 до 3 мм), пропитанных раство­ром смолы листов лущеной древесины, преимущественно бере­зы, называемых шпоном. Древеснослоистые пластики выпуска­ются в виде листов и плит и применяются в разнообразных от­раслях народного хозяйства: для изготовления подшипников в судостроении, деталей авиационных конструкций, зубчатых ко­лес, электротехнических деталей и др.

Широко применяются древесные пластики, в которых листы шпона скомбинированы с металлическими листами, проволоч­ными сетками. Стальные сетки улучшают механические свой­ства пластиков, позволяя им во многих конструкциях конкури­ровать по прочности со сталью. Так, применение

древеснослоистого материала для изготовления крыльев самолета повышает скорость самолета, так как в этом случае не требуется закле­пок, которые увеличивают аэродинамическое сопротивление.

Большое значение в хозяйстве имеют армирован­ные пластмассы, усиленные стеклотканью или стеклянными волокнами, - стеклопластики. Стеклопластики более чем в 1,5 раза легче дюралюминия, в 4,5 раза легче стали, а по прочно­сти не уступают цветным металлам и сплавам. Они не подвер­гаются коррозии, устойчивы к действию агрессивных сред, об­ладают высокими электроизоляционными свойствами. Из стек­лопластиков можно изготовлять кузова автомашин, корпуса катеров, легких судов, крупные детали самолетов, бензохрани­лища и т. д.

Самостоятельную область полимерной химии составляют газонаполненные пластмассы - пенопласты. Это широкий круг сравнительно новых полимерных материалов, которые в отли­чие от пластмасс монолитных характеризуются ярко выражен­ной физической агрегативной неоднородностью из-за наличия в полимерной матрице газовых включений.

К настоящему вре­мени разработаны способы получения пенопластов практиче­ски из всех известных типов синтетических полимеров. Однако промышленное значение в мировой практике получило пока лишь несколько видов вспененных полимеров. К ним относятся в первую очередь эластичные и жесткие пенополиуретаны и поливинилхлоридные пенопласты, жесткие пенофенопласты, пенополистирол, пенополиолефины, синтактовые пеноматериалы, а также материалы на основе вспененных мочевинофор-мальдегидных (карбамидных) смол.

Сочетание твердой и газообразной фаз в пенопластах обус­ловливает специфичность их свойств.

Все пенопласты характеризуются малым весом в расчете на единицу объема и относительно высокими тепло-, звуко- и электроизоляционными показателями. В изделиях и конструк­циях могут применяться для тепло- и хладоизоляции, аморти­зации и вибродемпфирования, снижения веса, герметизации, фильтрации, разделения и очистки жидкостей и газов, декора­тивной облицовки, улучшения

плавучести, поглощения жидко­стей и т. д. Кроме того, пенопласты используются в качестве искусственной почвы, тары-упаковки, в качестве облегченных конструкционных материалов. Пенопласты с каждым годом все шире и шире проникают в промышленное, жилищное и сельскохозяйственное строительство.

Пенопласты незаменимы при изготовлении различного ро­да надувных конструкций, получивших заметное распростра­нение при строительстве крупных зрелищных сооружений и выставочных павильонов. Перспективно применение пенопластов в конструкциях, предназначенных для строительства в труднодоступных и удаленных районах, в районах Крайнего Севера, в строительстве малоэтажных сооружений временного пользования: сборно-разборных и передвижных домиков, дач­ных построек, гаражей, кемпингов, палаточных городков, складских помещений и т. д. В большом объеме применяют пенопласты в строительстве наземных, подземных и воздушных трубопроводов различных назначений.

В частности, многие тысячи километров нефтепроводов, насосные станции, котельные, нефтеперекачивающие станции и дизельные электростанции изолированы феноло-формальдегидным пенопластом марки ФРП-1.

В различных видах транспорта широкое применение нашли эластичные пенополиуретаны и пенополивинилхлорид. Они ис­пользуются в мягких диванах спальных вагонов, при изготов­лении постельных принадлежностей, обивки дверных панелей автомобилей, в качестве уплотняющего материала. Пенопласт применяется в речном, морском и океанском флоте, в самолето­строении, в ракетно-космической технике, в холодильной тех­нике, радиоэлектронике, легкой промышленности. В легкой промышленности пенопласты используются для изготовления утепляющего слоя в зимней и демисезонной одеж­де (пальто, куртки, плащи), в производстве мебели, при транс­портировке и упаковке хрупких изделий и прецизионных при­боров. В многих фильмах для имитации снега использованы мочевино-формальдегидные пе­нопласты.

Перечисленные области применения далеко не исчерпыва­ют всех потенциальных возможностей вспененных пластиче­ских масс.