Петрова Непрод товары
.pdfРАЗДЕЛ 5. ТОВАРОВЕДЕНИЕ И ЭКСПЕРТИЗА ТОВАРОВ ИЗ ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС
Тема 5.1. Товары из пластических масс
План:
1.Сведения о пластмассах. Классификация пластмасс.
2.Классификация полимеров.
3.Состав пластмасс.
4.Экспертиза полимеризационных и поликонденсационных полимеров и пластмасс на их основе.
5.Переработка пластмасс в изделия и их декорирование.
1. Сведения о пластмассах. Классификация пластмасс
Пластическими массами (пластмассами, пластиками) называют материалы на основе полимеров и их композиции с различными ингреди- ентами, способные при определенных условиях (температуре, давлении) формоваться в изделия и сохранять приданную им форму.
Пластические массы во все возрастающих масштабах заменяют та- кие традиционные материалы, как металл, древесина, кожа и ряд других. В электротехнической и радиотехнической промышленности пластмассы ис- пользуются в качестве конструкционных и изоляционных материалов, в машиностроении пластмассы применяют для производства конструкцион- ных элементов машин и механизмов, некоторые виды пластмасс, обла- дающие высокой стойкостью в агрессивных средах, используются в хими- ческом и нефтяном машиностроении. Особенно высокий эффект дает при- менение пластмасс в тяжелом, энергетическом, транспортном и химиче- ском машиностроении, автомобиле- и приборостроении, благодаря их ан- тифрикционным и фрикционным качествам. Широкое применение пласт- массы находят также в строительстве. Пластические массы обладают такой комбинацией свойств, которые в наибольшей степени отвечают требова- ниям современного технического прогресса.
240
К важным их свойствам относятся малый удельный вес, высокая ме- ханическая прочность, хорошая обрабатываемость, широкая палитра цве- тов, красивый внешний вид и многое другое. Некоторые пластмассы (по- лиметилметакрилат, поликарбонаты и др.) бесцветны и обладают высокой прозрачностью. Свойства пластмасс обусловлены видом полимера, ти-
пом наполнителя, способом производства, содержанием добавок и други-
ми факторами.
Положительные свойства пластмасс обусловлены их малой плотно- стью: от 10–20 кг/м3 до 2200 кг/м3. Пластические массы обладают очень высокими электроизоляционными свойствами, низкой теплопроводностью, теплоизолирующими свойствами, универсальной химической стойкостью, обеспечивают защиту от радиоактивных излучений, способны отражать или пропускать световые, звуковые и радиоволны. Изделия из пластмасс имеют высокую гигиеничность, декоративность, износостой- кость.Пластмассы способны окрашиваться в различные цвета, некоторые из них прозрачны. Пластмассы легко обрабатываются (режутся, сверлятся, пилятся и т.д.), хорошо свариваются и склеиваются как между собой, так и с другими материалами.
Недостатки пластмасс: склонность к старению, сравнительно низкая теплостойкость (большинство из них теплостойки лишь в небольшом ин- тервале температур: от минус 60 до плюс 150 ° С, некоторые размягчаются уже при 60–80 ° С), низкая поверхностная твердость и малая жесткость, высокая стоимость некоторых видов. При длительном действии напряже- ний пластмассы склонны к необратимой деформации – ползучести, кото- рая резко возрастает с повышением температуры. Большинство пластмасс относится к сгораемым материалам. Некоторые пластичные материалы об- ладают токсичностью, чрезвычайно токсичными могут быть вещества, вы- деляемые при горении пластмасс. Но, не смотря на их недостатки, области применения пластмасс все расширяются, что объясняет ежегодно увеличи- вающийся объем их производства.
241
Признаками классификации пластмасс являются: химический состав, вид связующего вещества, вид наполнителя, внешний вид, применение, эксплуатационные свойства и другие признаки.
По химическому составу все полимеры подразделяются на: органиче- ские, элементоорганические, неорганические. Органические полимеры об- разованы с участием органических радикалов (CH3, C6H5, CH2). Это смолы и каучуки. Элементоорганические полимеры содержат в основной цепи органических радикалов неорганические атомы (Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами. В природе их нет. Искусственно полученный представитель – кремнийорганические соединения. Неорганические поли- меры составляют оксиды Si, Al, Mg, Ca и др. Углеводородный скелет от- сутствует. К ним относятся керамика, слюда, асбест. Ученым удалось син- тезировать оксиды нового класса – фуллереноиды. На их основе ученые уже создают новый тип полимерных материалов.
Следует отметить, что в технических материалах часто используют сочетания отдельных групп полимеров. Это композиционные материалы (например, стеклопластики).
По виду связующего вещества пластмассы делят на две основные группы: пластмассы на основе синтетических полимеров и пластмассы на основе природных модифицированных полимеров. Пластмассы на основе синтетических полимеров (смол), включающие две подгруппы, на основе полимеризационных смол и на основе поликонденсационных смол. Среди полимеров, получаемых путем полимеризации, наибольшее распростране- ние получили полиолефины (полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен), полистирол и его сополимеры, поливинилхлорид, фторсодержащие поли- меры, полиакрилаты. К поликонденсационным пластмассам относят, как правило, двух- или многокомпонентные системы – фенопласты, аминопла- сты, полиамиды, полиуретан, поликарбонаты, эпоксидные, кремнийорга- нические и алкидные смолы, полиэтилентерефталат и др.
242
Пластмассы на основе природных модифицированных (видоизме-
ненных) полимеров. Нитроцеллюлоза (или нитрат целлюлозы) была, веро- ятно, самым первым пластическим материалом, производство которого принесло коммерческий успех. Ее получают обработкой хлопковой или древесной целлюлозы смесью азотной и серной кислот. Целлюлоза − при-
родный полимер, состоящий из глюкозных единиц, каждая из которых со- держит три гидроксильные группы; последние реагируют с азотной кисло- той, причем каждая из гидроксильных групп реагирует независимо от дру- гих. При низких степенях нитрования получается слегка желтый, прозрач- ный, твердый, упругий формуемый пластик, известный под названием цел- лулоида, который обычно комбинируют с наполнителями, пигментами, пластификаторами и стабилизаторами для приготовления очень полезного материала для литьевого и выдувного формования и для производства лис- тов и покрытий. Если вместо азотной кислоты для реакции с гидроксиль- ными группами целлюлозных цепей используют органические кислоты (обычно это уксусная, пропионовая или масляная кислоты), то получают соответственно ацетат, пропионат или бутират целлюлозы. Получаемый при этом линейный термопласт аморфен, бесцветен, прозрачен, прочен и тверд, он используется для производства волокон, пленок, листов, изделий, изготовляемых литьевым формованием, а также покрытий и лаков. Реак- ция с алкилгалогенидами, например этилхлоридом, протекает в присутст- вии щелочей. Наиболее важными продуктами этого типа являются этил-
целлюлоза и бензилцеллюлоза − линейные термопласты, представляющие собой прозрачные твердые материалы, пригодные для литьевого формова- ния и изготовления листов, волокон и покрытий.
По характеру макроструктуры (составу) пластмассы подразделяют
на однородные и неоднородные (композиционные). Однородные пласт- массы состоят из одного связующего вещества, т. е. из чистых смол (ино- гда вводят пластификаторы и красители), это полиэтилен, полипропилен, полистирол и др. Чаще всего их поставляют в гранулированном виде. Не-
243
однородные (композиционные) пластмассы содержат связующее вещество и различные добавки (наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, кра- сители и другие компоненты), позволяющие повысить уровень потреби- тельских свойств материалов, их перерабатываемость, устойчивость к воз- действию внешних факторов при эксплуатации и хранении, улучшить эс- тетические и другие свойства.
Одним из важнейших компонентов пластмасс являются наполните- ли, содержание наполнителей в пластмассах, как правило, не превышает 50 %, составляя в отдельных случаях до 90 %. С увеличением содержания наполнителя в пресскомпозициях и волокнитах затрудняется переработка композиций, вследствие уменьшения их текучести. В зависимости от типа применяемого наполнителя и степени его измельчения неоднородные пла- стмассы подразделяют на: пресс-порошковые, волокнистые, слоистые и газонаполненные. Пресс-порошковые — это смеси измельченной смолы с порошкообразным наполнителем, красителем и другими компонентами; к ним относят фенопласты, аминопласты.
По сортаменту пластмассы выпускаются в виде порошков, гpaнул, таблеток, волокон; в виде полуфабрикатов – листов, пластин, плит, труб. Листовые материалы толщиной до 0,5 мм откосят к пленкам. Листовые пластмассы толщиной от 0,5 до 2 мм называют обычно листами; от 2 до 8 мм — пластинами и более 8 мм — плитами. Некоторые виды реактопла- стов производятся в жидком виде и удобны для пропитки, наполнителей, склеивания, нанесения покрытий.
По способу переработки в изделия пластмассы делятся на прессо-
вочные и литьевые. Прессовочные материалы обычно являются термореак- тивными композициями и перерабатываются в изделия методами горячего прессования. Литьевые массы представляют собой термопластичные ком- позиции и перерабатываются в изделия методами литьевого прессования
— выдавливания, выдувания, экструзией и др. Методы переработки пла- стмасс классифицируют на группы в зависимости от физического состоя-
244
ния полимерного связующего в материале (вязкотекучее, высокоэластич- ное, твердое (стеклоподобное), жидкое).
В зависимости от применения пластмассы достаточно условно под- разделяют: для производства упаковки для пищевых продуктов; для рабо- ты в соприкосновении с агрессивными средами; для работы при действии кратковременной или длительной механической нагрузки; для работы при низких температурах (до минус 40 – 60 ° С); антифрикционного назначе- ния; электро- и радиотехнического назначения; для получения прозрачных изделий; тепло- и звукоизоляционного назначения (газонаполненные мате- риалы); прочие.
По отношению к нагреванию различают пластмассы термопластич- ные (термопласты) и термореактивные (реактопласты). Термопластами на- зывают композиции, которые при нагревании способны переходить в вы- сокоэластическое или вязко-текучее состояние, а при охлаждении возвра- щаются в твердое – кристаллическое или стеклообразное состояние, со- храняя при этом прежние свойства. Поэтому термопласты (их отходы) можно перерабатывать в изделия несколько раз. Термопластами являются полиэтилен, полистирол, поливинилхлорид, полистирол, фторопласты, по- лиакрилаты, полиамиды, поликарбонаты и другие, а также композиции на основе полимеров природного происхождения, таких как нитроцеллюлоза,
ацетил целлюлоза и другие. Термореактивными (реактопластами) назы-
вают пластмассы, которые при нагревании переходят в высокоэластиче- ское или вязкотекучее состояние под действием температуры лишь в крат- кий период, соответствующий времени необходимому для формования из- делий, а затем теряют способность к таким переходам в связи с образова- нием трехмерной сшитой химическими связями пространственной сетки. К реактопластам относят пластмассы на основе феноло-формальдегидных, меламино-формальдегидных, эпоксидных смол, ряда полиуретанов, эфи- ропластов и других ВМС.
245
По жесткости пластмассы условно подразделяют на жесткие (фе- нопласты, аминопласты, полистирол), полужесткие (полиэтилен, полипро- пилен, полиамиды, поливиниловый спирт) и мягкие (поливинилхлоридный пластикат, пенополиуретан и др.).
По прозрачности пластические материалы бывают различной степе-
ни прозрачности − от прозрачных до матовых. Все аморфные полимеры прозрачны, тогда как в частично-кристаллических полимерах появляется некоторая мутность из-за различий в показателях преломления кристалли- ческих и аморфных областей, которые неодинаково отклоняют световые лучи; при этом свет рассеивается и материал выглядит мутным. Аморфные полимеры − светлые и прозрачные. Степень прозрачности оценивается по пропусканию света. У полиметилметакрилатов она наибольшая (свыше 90% светопропускания); полистирол и органические простые и сложные эфиры целлюлозы также обладают хорошей светопроницаемостью.
По совокупности параметров эксплуатационных свойств различают пластмассы общетехнического, специального и декоративного назначения. К пластмассам специального назначения предъявляются повышенные спе- циальные требования, к ним относятся конструкционные, фрикционные, антифрикционные, химически стойкие, электроизоляционные и др. Пласт- массы общетехнического назначения имеют более низкие характеристики параметров эксплуатационных свойств, работают в не- или слабонагру- женном состоянии при обычной и средних температурах (до 55 ° С). К пла- стмассам декоративного назначения предъявляют высокие требования по эстетическим свойствам, по поверхностной твердости. Строение и свойст- ва пластических масс принципиально зависят от их основы - связующего вещества, роль которого выполняет полимер.
2. Классификация полимеров
Высокомолекулярные соединения (ВМС) - полимеры бывают при- родные, искусственные и синтетические. В качестве природных высокомо- лекулярных соединений используют натуральный каучук, природные смолы
246
(шеллак, янтарь), казеин, целлюлозу. Искусственные полимеры получают выделением, очисткой и переработкой, модификацией природных полиме- ров. При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом получаются уксуснокислые эфиры целлюлозы – ацетаты целлюлозы, которые исполь- зуются для получения ацетатного шелка, ацетилцеллюлозного этрола, ла- ков. Синтетические – синтезом из низкомолекулярных веществ. В на- стоящее время пластмассы вырабатывают главным образом на основе син- тетических смол – полимеров, представляющих собой высокомолекуляр- ные соединения.
Полимерами называют высокомолекулярные соединения, состоящие из длинных цепных молекул, образованных многократным чередованием одинаковых групп атомов, которые соединены между собой химическими связями. При этом комплекс свойств полимера практически не изменяется при добавлении или удалении одного или нескольких составных звеньев.
Молекулы полимеров из-за больших размеров называют макромоле- кулами, а многократно повторяющиеся группировки атомов — элементар- ными звеньями. Например, элементарным звеном макромолекулы полиэти- лена ...— СН2— СН2— СН2—... является участок цепи ...— СН2—...
В настоящее время известно четыре основных метода синтеза высо- комолекулярных соединений из низкомолекулярных веществ (мономеров): полимеризация; поликонденсация; ступенчатая полимеризация; реакции превращения. Наиболее распространенными из них являются два первых метода.
Реакция полимеризации - это цепная реакция соединения, укрупне- ния молекул исходных веществ, в ходе которой молекулы мономера по- следовательно присоединяются к активному центру, находящемуся на конце растущей цепи. Реакция полимеризации проходит без выделения побочных продуктов. Полимеризации подвергаются мономеры, в молеку- лах которых содержатся кратные двойные связи (или циклические группи-
247
ровки). Полимеризацией получают полиэтилен, полипропилен, полистирол и другие полимеры линейного и разветвленного строения.
Полимеры, состоящие из элементарных звеньев одинакового хими- ческого строения, называют гомополимерами, например ...— А— А— А—...
(А - условное обозначение элементарного звена). Полимеры, молекула ко- торых содержит элементарные звенья разного строения, называют сополи- мерами: в этом случае в реакцию полимеризации вступают молекулы не одного, а двух или нескольких мономеров. Схематично сополимер можно представить как ...— А— А— А— В— В— В— А— А— А— В— В— В—...
Сополимеризацией получают полимерные материалы, в которых сочета- ются положительные свойства нескольких полимеров.
Реакция поликонденсации — это процесс последовательного присое- динения нескольких молекул мономера одинакового или различного строения, протекающий по механизму замещения функциональных групп, сопровождающийся выделением побочных низкомолекулярных продуктов, например воды, аммиака. Макромолекулы образуются в результате хими- ческого взаимодействия между функциональными группами, находящихся в молекулах исходных веществ. Реакцией поликонденсации получают фе- нолоальдегидные, аминоальдегидные, полиэфирные и другие синтетиче- ские смолы – полимеры пространственного строения.
Свойства полимеров обусловливаются также характером расположе- ния элементарных звеньев макромолекулы. В соответствии с этим разли-
чают полимеры линейные, разветвленные и сетчатые (сшитые). В линей-
ных полимерах элементарные звенья располагаются в виде длинных цепей. Полимеры, в которых основная цепь имеет боковые ответвления, называют разветвленными. Сетчатые полимеры построены из цепных молекул, со- единенных между собой поперечными химическими связями.
Линейные и разветвленные полимеры плавятся при нагревании и растворяются в соответствующих органических растворителях. К таким полимерам относят полиметилметакрилат, полиэтилен, полистирол и др.
248
Сетчатые (сшитые) полимеры неплавкие и нерастворимые. Свойства сет- чатых полимеров зависят от количества поперечных связей. С увеличени- ем числа сшивок, т.е. частоты сетки, повышаются жесткость, твердость, теплостойкость. Типичными представителями сетчатых полимеров явля- ются феноло-формальдегидные, аминоальдегидные и другие смолы.
Технологические свойства пластмасс влияют на выбор метода их переработки. К технологическим свойствам пластмасс относят: текучесть,
влажность, время отверждения, дисперсность, усадку, таблетируе-
мость, объемные характеристики. Например, усадка полимеров в различ- ных направлениях по отношению к направлению течения для термо- и ре- актопластов различна, т.е. полимеры имеют анизотропию усадки. Усадка термопластов больше усадки реактопластов.
Для полимеров характерны два фазовых состояния — кристалличе- ское и аморфное, которые различаются порядком в расположении макро- молекул. Кристаллическое состояние характеризуется упорядоченным расположением макромолекул относительно друг друга, аморфное — не- упорядоченным. Количественной характеристикой кристаллического по- лимера является его степень кристалличности, определяемая как доля (в %) кристаллических областей в общей совокупности упорядоченных и не- упорядоченных областей. С повышением кристалличности увеличиваются прочность, жесткость, плотность полимеров, но снижаются их эластич- ность и способность окрашиваться.
Термические и механические свойства зависят от расположения мо-
номерных звеньев в полимерных цепях, поскольку полимеры могут кри- сталлизоваться, если цепи имеют регулярное строение и расположены па- раллельно друг другу. Чем выше степень кристалличности, тем тверже продукт, тем выше его температура размягчения и больше устойчивость к набуханию и растворению; низкой степенью кристалличности характери- зуются более мягкие продукты с более низкими температурами тепловой деформации и более легкой растворимостью.
249