Состав, классификация и свойства пластмасс.

Обязательным компонентом пластмассы является свя­зующее вещество. В качестве связующих для большинства пласт­масс используют синтетические смолы, реже применяют эфиры целлюлозы. Многие пластмассы, главным образом термопластич­ные, состоят из одного связующего вещества, например полиэти­лен, органические стекла и др.

Другим важным компонентом пластмасс является наполнитель (порошкообразные, волокнистые и другие вещества как органиче­ского, так и неорганического происхождения). После пропитки наполнителя связующим веществом получают полуфабрикат, который спрес­совывается в монолитную массу. Наполнители повышают механи­ческие свойства, снижают усадку при прессовании и придают материалу те или иные специфические свойства. Для повышения эластичности и облегчения обработки добавляют пластификаторы (олеиновую кислоту, стеарин и др.). Исходная композиция может содержать отвердители (амины) или катализаторы (перекисные соединения) процесса отверждения термореактивных связующих, для предохранения полу­фабрикатов от самопроизвольного отверждения в состав добавляют ингибиторы, а также кра­сители.

Свойства пластмасс зависят от состава отдельных компонен­тов, их сочетания и количественного соотношения, что позво­ляет изменять характеристики пластиков в достаточно широких пределах.

По характеру связующего вещества пластмассы подразделяют на термопластичные (термопласты), получаемые на основе термо­пластичных полимеров, и термореактивные (реактопласты), полу­чаемые на основе термореактивных смол. Термопласты удобны для переработки в изделия, дают незначительную усадку при формовании (1—3 %). Материал отличается большой упругостью, малой хрупкостью и способностью к изменению формы (ориентации в пространстве). Обычно термо­пласты изготавливали без наполнителей, но в последние годы стали при­менять термопласты с органическими наполнителями в виде минеральных и син­тетических волокон (органических пластмасс).

Термореактивные полимеры после отверждения и перехода связующего в стабильное термическое состояние хрупки, часто дают большую усадку (до 10—15 %), для снижения величины усадки в их состав вводят усиливающие наполнители.

По виду наполнителя пластмассы делят на:

-порошковые (кар­болиты) с наполнителями в виде древесной муки, графита, талька и др.;

-волокнистые с наполнителями в виде очесов хлопка и льна (волокниты); стеклянного волокна (стекловолокниты);

-асбеста (асбоволокниты);

-слоистые, содержащие листовые наполнители (листы бумаги в гетинаксе, хлопчатобумажные, стеклянные, асбес­товые ткани в текстолите и др.);

-газонаполненные (наполнитель — воздух или нейтральные газы —пено- и поропласты).

По применению пластмассы подразделяют:

-силовые (конструкционные, фрикционные и антифрикционные, электроизо­ляционные);

-несиловые (оптически прозрачные, химически стой­кие, электроизоляционные,

Однако это деление условно, так как одна и та же пластмасса может обладать разными свой­ствами.

Особенностями пластмасс являются:

-малая плотность (1— 2 т/м³);

-низкая теплопроводность [0,1—0,3 Вт/м³];

-очень большое тепловое расширение, в 10—30 раз больше, чем у стали;

-хорошие электроизоляционные свойства; вы­сокая химическая стойкость; фрикционные и антифрикционные свойства.

Прочность силовых пластиков сопоставима, с прочностью стали (бывает и выше).

Пластмассы, это высокотехнологичный материал, они имеют хорошие

Конструктивные, технологические и эксплуатационные свой­ства.

Недостатками пластмасс являются невысокая теплостойкость, по сравнению с метал­лами и сплавами обладают низкой упругостью и ударной вязкостью, некоторые пластмассы склонны к ста­рению.

Благодаря уникальному комплексу свойств: малой плотности, высоким диэлектрическим характеристикам, устойчивости к атмосферным воздействиям, агрессивным средам и резким сменам температуры, достаточно высокой механической прочности и дру­гим ценным свойствам, пластмассы стали незаменимыми конструкцион­ными материалами. Из них изготавливаются подшипники скольжения, тормозные колодки и диски, шкивы, рукоятки, корпуса приборов и много других деталей и сборочных единиц (узлов).

Как было сказано ранее пластическими массами (пластмассами) называют искусственные материалы, получаемые на основе высокомолекулярных органических ве­ществ (полимеров).

Молекулы полимеров состоят из многочисленных одинаковых структурных звеньев, соединенных между собой химическими связями в длинные цепи (макромолекулы) линейного, разветвленного и пространст­венного строения.

Различают полимеры природные (природные смолы, целлюлоза, белки и другие) и синтетические (фенолформальдегидные и эпоксидные смолы, полиамиды, полистирол, поливинилхлорид и другие). Причем в настоящее время наибольшее применение получили синтетические поли­меры.

В зависимости от поведения при нагреве полимеры разделяются на два класса:

-термопластичные (термопласты);

- термореактивные (реактопласты).

Термопласты при повышении температуры переходят в вязкотекучее состояние, а при охлаждении ниже температуры стеклования затвердевают. Переход термопластов из твердого состояния в вязкотекучее состояние и обратно может происходить неоднократно без изменения их химического состава. Они имеют макромолекулы с линейной или разветвленной структурой. К термопластам относятся полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол, капрон и другие.

Реактопласты при нагревании переходят в вязкотекучее состояние, но с увеличением продолжительности действия повышенных температур они переходят в твердое состояние. Отверждение может происходить как при нагреве, так и при комнатной температуре в присутствии отвердителей. В отличие от термопластов отвержденные реактопласты нельзя повторным нагревом вновь перевести в вязкотекучее состояние. Макромолекулы реактопластов имеют пространственную («сшитую») структуру, что придает им более высокие, чем у термопластов, показатели твердости, модуля упругости, и термостойкости, но меньшую пластичность.

К реактопластам отно­сятся фенолформальдегидные, эпоксидные и другие смолы.

В зависимости от наличия в составе пластмасс различных компонен­тов их делят на простые и сложные (композиционные).

Простые пластмассы состоят только из одного полимера и в этом случае понятия «пластмасса» и «полимер» совпадают (например, поли­этилен, капрон и другие).

В состав сложных пластмасс, кроме связующих веществ, могут вхо­дить наполнители, пластификаторы, отвердители, смазывающие вещества, стабилизаторы, красители. Каждый из компонентов выполняет свою спе­цифическую функцию.

Роль связующих веществ выполняют полимер или смесь полимеров, содержание которых в сложных пластмассах составляет 30...70 %.

Наполнители вводят в пластмассы для их удешевления и придания им определенных физико-механических свойств.

Сложные пластмассы подразделяются на:

-пластмассы с порошкообразным наполнителем (пресс - порошки);

- пластмассы с волок­нистым наполнителем (волокниты);

- пластмассы с тканым и листовым наполнителем (слоистые пластики);

- пластмассы с газовым наполнителем (газона­полненные).

Вид наполнителя также влияет на физико-механические свой­ства пластмасс. Например, слоистые наполнители обеспечивают наиболь­шую прочность, газонаполненные — малые плотность, звукопро­водность и теплопро­водность, асбест повы­шает теплостойкость, графит — износостойкость.

Пластификаторы, отвердители, стабилизаторы и красители.

Пластификаторы вводятся в полимеры с целью повышения эла­стичности и пластичности при переработке пластмасс в изделия и увели­чения их морозостойкости. Это органические вещества с высокой темпе­ратурой кипения и низкой температурой замерзания: дибутилфталат, эфиры стеариновой и олеиновой кислот, касторовое масло и другие.

Как правило, пластификаторы выполняют и роль смазывающих веществ, уменьшающих трение между частицами композиций и прилипаемость пластмасс к металлическим частям пресс-формы.

Отвердители (фенолформальдегидные, кремнийорганические смолы и другие) применяются в полимерных композициях для ускорения отверждения, в том числе и при комнатных температурах.

Стабилизаторы (амины, сажа и другие) добавляют в полимерные композиции для повышения устойчивости к действию различных факторов (тепла, радиации, кислорода, озона, многократного нагружения). Необратимые изменения, происходящие в пластмассах под действием указанных внешних факторов, называются старением. Таким образом, стабилизаторы замедляют процессы старения, приводящие к ухудшению технических свойств пластмасс.

Красители (сурик, нигрозин и другие) вводятся для окраски пластмасс.