Тема 7. Пластические массы и неметаллические материалы

Последнее время все более широкое применение находят неметаллические конструкционные материалы – пластмассы, стекло, керамика, резины и др. Для продовольственного машиностроения указанные материалы являются очень перспективными вследствие их высокой коррозионной стойкости, проявляемой в контакте с пищевыми средами, отсутствия токсичности во многих случаях, высокой износостойкости и малой плотности. Во многих случаях эти материалы заменяют ранее использовавшиеся цветные материалы и сплавы, а также другие металлические конструкционные материалы.

7.1. Пластические массы

Пластмассами называют материалы, основой которых являются полимеры, т.е. высокомолекулярные соединения, состоящие из большого числа звеньев (мономеров).

Сырьём для получения синтетических полимеров являются уголь, нефть, газ, горючие сланцы.

Способов синтеза полимеров существуют достаточно много. Но наиболее распространёнными являются три: 1) полимеризация, когда мономеры соединяются в полимер без образования побочных продуктов; 2) поликонденсация – при образовании полимера образуются побочные продукты и состав полимера отличается от исходных мономеров; 3) химическая модификация – осуществляется путем замены атомов водорода в исходных мономеров атомами других элементов, чаще всего хлора и фтора.

По своему составу пластмассы делятся на простые, в состав которых входят лишь чистые полимеры, и сложные, в которые помимо полимеров входят другие вещества (наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, отвердители, красители и др.).

Наполнители – это, как правило, инертные по отношению к полимерам вещества (древесная мука, угольный порошок, текстильная крошка, асбест, бумага и др.). Наполнители вводят для изменения механических свойств, повышения стойкости в различных средах, а также для удешевления пластмасс. Количество наполнителей может меняться от 20 до 70 %.

Пластификаторы вводят для повышения эластичности, улучшения формуемости изделий, повышения огнестойкости и морозоустойчивости. Пластификаторами являются, как правило, различные эфиры. Их вводят от 5 до 20 %.

Стабилизаторы вводят для повышения долговечности пластмасс. Они замедляют процессы старения молекул полимеров при тепловом и световом воздействии. Чаще всего в качестве стабилизаторов используют различные спирты и гидроксиды.

Отвердители переводят линейные полимеры в сетчатые, что приводит к твердению пластмасс. Чаще всего для этих целей используют оксиды различных металлов.

Смазывающие вещества (стеарин, олеиновую кислоту и др.) вводят для предотвращения прилипания пластмасс к оборудованию.

Красители применяют для придания пластмассам декоративных свойств, порообразователи – при производстве газонаполненных пластмасс.

Иногда в состав пластмасс вводят специальные добавки для предотвращения грибкового поражения, или против грызунов.

В зависимости от поведения полимеров при нагревании и охлаждении пластмассы делятся на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные пластмассы при нагревании размягчаются, а при охлаждении – затвердевают. Никаких изменений по завершении цикла нагрев-охлаждение в строении молекул полимера не происходит, пластмасса своих свойств практически не меняет. Цикл нагрев-охлаждение может повторяться многократно.

Термореактивные пластмассы (иногда их называют реактопластами) при нагреве испытывают перестройку молекул полимера в сетчатые, при этом происходит так называемая «сшивка» молекул. В результате этих процессов при охлаждении пластмасса претерпевает необратимые изменения свойств, которые нельзя восстановить повторным нагревом.