Пластические массы.

В соответствии с ГОСТ 24888-81 пластическая масса (пластмасса) – материал, представляющий собой композицию полимера или олигомера с различными ингредиентами, находящуюся при формировании изделий в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, а при эксплуатации – в стеклообразном или кристаллическом состоянии.

Полимер – вещество, характеризующееся многократным повторением одного или более составных звеньев, соединенных между собой в количестве, достаточном для проявления комплекса свойств, которое остается практически неизменным при добавлении или удалении нескольких звеньев.

Олигомер – вещество, молекулы которого содержат составные звенья, соединенные повторяющимся образом друг с другом, комплекс свойств которого изменяется при добавлении или удалении одного или нескольких составных звеньев.

По структуре макромолекул полимеры бывают линейными, разветвленными и сшитыми (сетчатыми, трехмерными). Полимеры в зависимости от их строения и внешних условий могут находиться могут находиться в двух фазовых состояниях: аморфном и кристаллическом.

Аморфные полимеры в зависимости от температуры могут находиться в стеклообразном, высокоэластичном или вязкотекучем состояниях. При уменьшении температуры полимер проходит эти состояния в обратном порядке.

Исходными материалами для получения пластмасс служат дешевые природные вещества: продукты переработки каменного угля, нефти, природного газа и т.п. Основой пластических масс являются смолы – высокомолекулярные соединения органического происхождения. Пластмассы в зависимости от поведения смолы при нагреве делятся на термореактивные (реактопласты) и термопластичные (термопласты).

Термопластичные полимеры (линейные и разветвленные) при нагревании выше температуры стеклования размягчаются, приобретают высокую пластичность, а при охлаждении они вновь отвердевают, могут растворяться в соответствующих растворителях.

Термореактивныеполимеры в зависимости от числа поперечных сшивок в сетчатых структурах при нагревании не способны к размягчению или размягчаются незначительно, но в вязкотекучее состояние не переходят, в растворителях стойки или незначительно набухают.

В зависимости от применяемого наполнителя пластические массы разделяют на композиционные и слоистые. Композиционные в свою очередь делятся на порошкообразные и волокнистые.

Ассортимент пластмасс весьма разнообразен. Для подавляющего большинства пластмасс характерны следующие положительные качества:

1. малая плотность полимерных материалов (1,1-1,8 г/см³), что позволяет значительно уменьшить массу машин при изготовлении их деталей из пластмасс;

2. химическая стойкость – пластмассы не подвержены коррозии, даже в агрессивных средах;

3. электроизоляционные свойства, позволяющие применять пластмассы в качестве диэлектриков;

4. высокая удельная и абсолютная механическая прочность и возможность создания анизотропных материалов;

5. высокая технологичность;

6. наличие неограниченных ресурсов дешевого сырья;

7. низким коэффициентом трения – некоторые виды пластмасс, например текстолит, ДСП (древеснослоистые пластики), капрон, капролон, успешно заменяют бронзу и баббит в подшипниковых узлах машин;

8. высоким коэффициентом трения в сочетании с износостойкостью – фенопласты с асбестовым наполнителем, пресскомпозиции на основе каучуков и другие виды специальных пластмасс с успехом заменяют в конструкциях транспортных и прочих машин чугун и другие сорта дерева;

9. прозрачность – некоторые ненаполненные пластические массы, такие, как полиметилметакрилат (органическое стекло), полистирол и другие, способны пропускать лучи света в широком диапазоне волн, в том числе ультрафиолетовую часть спектра, значительно превосходя в этом отношении силикатные стекла; эти пластмассы широко применяют в оптической промышленности и машиностроении для изготовления прозрачных деталей – арматуры масляных и охлаждающих систем, линз смотровых отверстий и т.д.

Одновременно с указанными достоинствами пластмассы обладают следующими недостатками:

· низкой теплостойкостью – основные виды пластмасс могут удовлетворительно работать лишь в сравнительно небольшом интервале температур (от -60 до +200º С); для пластмасс на основе кремнийорганических полимеров и фторопластов верхний предел температур несколько выше: 300-400º С.

· низкой теплопроводностью, которая в 500-600 раз ниже теплопроводности металлов, что ограничивают их применение в узлах и деталях машин, где необходим быстрый отвод больших количеств теплоты;

· низкой твердостью (НВ 6-60);

· выраженным свойством ползучести, особенно ярко заметным у термопластов;

· малой жесткостью;

· старением – свойства пластмасс со временем ухудшаются под действием температуры, влажности, света, воды;

Компоненты, входящие в состав пластмасс.

Пластические массы по составу делят на простые и сложные. Сложные пластмассы помимо полимеров включают добавки: наполнители, пластификаторы, красители, отвердители, катализаторы и др.

Наполнители в пластмассы вводят в количестве 40-70 % для повышения твердости, прочности, жесткости, а также придания особых специфических свойств, например фрикционных или антифрикционных и др. Наполнители бывают органические и неорганические. Органическими наполнителями являются древесная мука, хлопковые очесы, целлюлоза, бумага, хлопчатобумажная ткань, древесный шпон. В качестве неорганических наполнителей используют асбест, графит, стекловолокно, стеклоткань, слюду, кварц. Листовые наполнители применяют для получения слоистых пластмасс: при применении хлопчатобумажной ткани – текстолит, стеклоткани – стеклотекстолит, бумаги – гетинакс, асбестовой ткани – асботекстолит. При применении древесного шпона вырабатывают древесные слоистые пластики. При изготовлении теплоизоляционных материалов в качестве наполнителя используют газы, получая газонаполненные полимерные материалы – пенопласты и поропласты.

Пластификаторы (стеарин, олеиновая кислота, дибутилфталат) повышают эластичность, пластичность, морозостойкость и облегчает обработку пластмасс. Их содержание колеблется в пределах 10-20 %.

Отвердители (амины) и катализаторы (перекисные соединения) в количестве нескольких процентов вводят в пластмассы для отверждения, т.е. создания межмолекулярных связей и встраивания молекул отвердителя в общую молекулярную сетку.

Красители (минеральные пигменты, спиртовые растворы органических красок) придают пластмассам определенную окраску. Состав компонентов, их сочетание и количественное соотношение позволяют изменить свойства пластмасс в широких пределах.