10 Пластмаси - полімерні композиційні матеріали, принципи їх створення.

Понятие о полимерных композициях – пластмассах, их получение.

Полимеры в «чистом» виде практически не применяются, в переработке полимерных материалов используются в основном полимерные композиции, которые и являются пластическими массами в широком понимании этого термина. Это гетерогенные системы, полученные из двух или более компонентов, где один компонент является матрицей, в которой определенным образом распределен (диспергирован) другой компонент (или другие компоненты), отделенный от матрицы границей (поверхностью) раздела.

Таким образом, каждый компонент в композиции сохраняет индивидуальность в отличие от компонентов истинного раствора. В упрощенном представлении можно считать, что каждый компонент занимает свой объем, т.е. находится в виде отдельной фазы, и при этом свойства каждой отдельной фазы предполагаются такими же, как свойства компонента, взятого отдельно.

Создание любой новой композиции – это получение нового вида пластмассы, но уже с новым комплексом физико-механических и эксплуатационных свойств. Этот комплекс должен быть выше свойств матрицы. Не всегда это реализуется. Например, обычно основной показатель свойств пластмассы – сопротивление материала разрушению, т.е. прочность. Самое высокое значение прочности характерно для систем с идеальной или близкой к идеальной структурой.

Так, расчетное значение прочности при растяжении полимера, полученное как сумма сопротивлений разрыву С – С-связей, равно 19000 МПа. Это фактически и есть прочность идеального кристалла с С – С-связями в кристаллической решетке. Реальное значение прочности намного ниже. Так, прочность монокристалла ПЭ составляет 13000 МПа, прочность предельно ориентированного волокна ПП – 9000 МПА, а прочность волокна ПЭ, полученного ориентационной вытяжкой из раствора, – 4000 МПа. Однако и такие значения прочности недостижимы при промышленной переработке пластмасс, и обычная пленка из ПЭНП, полученная экструзией с раздувом, обладает прочностью всего 10-12 МПа.

Во многих случаях наряду с повышением прочности при создании композита ставится задача повышения модуля (жесткости), теплостойкости, стойкости к удару, химической и маслобензостойкости, улучшения перерабатываемости, внешнего вида или размерной стабильности изделий и т.д.

Как уже отмечалось, кроме матрицы в состав композиции могут входить наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, отвердители, смазывающие вещества, красители, порообразователи и другие добавки.

Основные виды получения пластмасс.

В основе получения многих видов пластмасс лежит процесс смешения.

Смешение – один из важнейших процессов приготовления полимерных композиций, предназначенный для получения смеси из основного полимера и различных компонентов и существенно улучшающий свойства материала и изделий из него. При этом полученная смесь должна быть однородной по физическим и химическим свойствам и должна обладать равномерным распределением компонентов по всему объему смеси.

Вальцевание – процесс механической и тепловой обработки полимерных материалов с целью повышения их пластичности и однородности или перевода их в состояние, облегчающее дальнейшую переработку (подогрев, пластикация).

Дробление – процесс механического измельчения полимерных отходов производства и потребления. С целью экономии сырьевых ресурсов, создания безотходных производств получаемая дробленка может быть использована как добавка к первичному сырью или переработана в изделия иного применения, например, в строительные изделия: бруски, доски и др.

Агломерирование – за счет механического и теплового воздействия происходит превращение измельченных пленочных отходов в агломераты в виде частиц неправильной формы с насыпной плотностью от 0,3 до 0,4 кг/дм ³, что значительно выше насыпной плотности измельченных пленочных отходов.

Гранулирование применяется для получения из расплава полимера гранулированного материала, наиболее удобного для переработки. Гранулят – это сыпучий материал, состоящий из однородных по размеру и форме частиц. Использование гранул стабилизирует режим работы перерабатывающего оборудования, облегчает дозировку сырья, повышает производительность машин и качество готовых изделий; улучшает условие труда. Гранулирование часто совмещают с процессами пластикации, стабилизации, наполнения, окрашивания.

Таблетирование – процесс подготовки материалов, в основном термореактивных, для дальнейшей переработки методом прессования. При этом получаются стабильные по массе прочные таблетки заданной формы. Применение таблетированного сырья повышает точность дозировки; сокращает потери сырья, время предварительного подогрева и цикла прессования, улучшает условия труда.

Сушка и предварительный подогрев материалов проводится для повышения их сыпучести и удаления из них лишней влаги и летучих веществ. Использование высушенного и предварительно подогретого полимерного сырья позволяет получать изделия с высокими физико-механическими показателями и хорошим качеством поверхности.