Основные сведения о пластмассах

Пластические массы (пластмассы) занимают особое место среди синтетических полимерных материалов. Широкое применение пластмасс обусловлено наличием у них ценных свойств.

Пластмассы широко применяются в машиностроении благодаря высоким показателям следующих ценных свойств:

1) хорошая удельная прочность;

2) фрикционные свойства (некоторые пластмассы обладают высоким коэффициентом трения и малым износом);

3) антифрикционные свойства (некоторые виды пластмасс, например текстолит, капрон успешно заменяют бронзу в подшипниковых узлах машин);

4) оптические свойства (некоторые ненаполненные пластические массы (органическое стекло, полистирол и др.) прозрачны и бесцветны, способны пропускать лучи света в широком диапазоне волн, в том числе и ультрафиолетовую часть спектра значительно превосходя в этом отношении силикатные стекла);

4) хорошая электроизоляционность;

5) хорошая теплозвукоизоляционность;

6) высокая химическая стойкость (пластмассы неподвержены коррозии, а многие из них и агрессивным средам);

7) малая плотность (Например: плотность пенопласта составляет 0,015 – 0,8 г/см³);

8) технологичность (трудоёмкость изготовления самых сложных деталей из пластмасс ничтожна по сравнению с трудоёмкостью изготовления деталей из других материалов);

9) дешевизна сырья.

Одновременно с указанными достоинствами пластические массы обладают следующими недостатками:

1) ограниченная теплостойкость (основные виды пластических масс могут удовлетворительно работать лишь в сравнительно небольшом интервале температур (от -60 до +200°С);

2) низкая теплопроводность (теплопроводность пластических масс в 500 – 600 раз ниже теплопроводности металла, что создаёт трудности при их применении в узлах и деталях машин, где нелбходим быстрый отвод больших количеств тепла);

3) низкая твердость (6 – 60 кГ/см² по Бринеллю);

4) ползучесть (это свойство особенно ярко выражено у термопластов (рис.3);

5) малая жесткость (модуль упругости самых жестких пластмасс - стеклопластиков на один – два порядка ниже, чем у металлов);

6) старение (пластмассы теряют свои свойства под действием следующих факторов: температуры, влажности, света, воды, длительного пребывания в атмосферных условиях.

7) невысокая вязкость.

Компоненты пластмасс

Обычно пластмассы представляют собой сложные композиции, состоящие из нескольких веществ. Требуемые эксплуатационные свойства пластмасс получают благодаря подбору отдельных компонентов и их определенным сочетаниям.

В большинстве случаев пластмассы состоят из смолы, наполнителя, пластификатора, красителя и других добавок, улучшающих технологические и эксплуатационные свойства пластика.

Связующее вещество

Основным компонентом всех пластмасс является связующее вещество (высокомолекулярное органическое соединение), которое придаёт пластмассам пластичность и способность формоваться, а затем затвердевать, сохраняя полученную форму. Некоторые пластмассы состоят только из связующего вещества (например, полиметилметакрилат — оргстекло). В качестве связующего вещества в пластмассах применяют главным образом синтетические смолы.

Для повышения механической прочности, теплостойкости, электроизоляционных и других свойств в состав большинства пластмасс вводят другой весьма важный компонент — наполнитель, который после пропитки связующим веществом спрессовывается в однородную массу. Кроме связующих веществ наполнителей в состав пластмасс вводят пластификаторы, пигменты и другие добавки.

Синтетические смолы используют в качестве связующего вещества в пластмассах. Их получают из веществ с низким молекулярным весом, а также из природных или ранее полученных веществ с высокомолекулярным весом. Получение высокомолекулярных синтетических смол может быть осуществлено методами полимеризации или поликонденсации.

Наполнители – это органические и неорганические вещества в виде порошков, волокон, листов.

Наполнители вводят в пластмассы с целью: Улучшения физико-механических свойств, диэлектрических свойств, фрикционных и антифрикционных свойств, повышения теплостойкости, уменьшения теплостойкости, уменьшения усадки, снижения стоимости пластмасс.

Наполнители делятся на:  органические и неорганические.

Органические наполнители - это материалы на основе целлюлозы. Они снижают хрупкость смол и сохраняют малый удельный вес, однако увеличивают гигроскопичность и уменьшают термостойкость пластмасс.

Неорганические наполнители - это материалы, которые увеличивают хрупкость пластмасс, но повышают теплостойкость и улучшают электроизоляционные свойства. При формовании у пластмасс с неорганическими (минеральными) наполнителями усадка значительно меньше, чем у пластмасс с органическими наполнителями.

В зависимости от требуемой структуры в пластмассы могут быть введены наполнители следующих видов:

1) порошкообразные (в виде порошкообразной крошки) древесная мука, целлюлоза, слюда, кварцевая мука, сажа, графит, тальк, Ti0₂ и некоторые другие.

2) волокнистые (в виде различных волокон) хлопковые очёсы, асбестовое волокно, стеклянное волокно, кроме того, могут использоваться отходы тканей, бумаги, картона, древесного шпона и др. Волокнистые наполнители повышают механические свойства пластмасс, однако вследствие меньшей текучести затрудняют процессы формования и возможность изготовления изделий сложной конфигурации;

3) слоистые (в виде цельнолистовых материалов) бумагу, ткани (хлопчатобумажные, стеклянные, асбестовые) и древесный шпон. Использование слоистых (листовых) наполнителей дает возможность получать пластмассы с наиболее высокими механическими свойствами и рядом специальных параметров. Такие пластмассы называют конструкционными.

В некоторых случаях изготовляют пластмассы без наполнителей, представляющие собой или прозрачные (типа органического стекла) или отдельные непрозрачные композиции.

Пластификаторы – это вещества, которые уменьшают межмолекулярное взаимодействие и хорошо совмещаются с полимерами. Пластификаторы вводятся в пластмассы в количестве 10-20% для повышения эластичности, уменьшения хрупкости готового изделия (улучшают морозостойкость) и предотвращения прилипание прессматериала к стенкам пресс-формы. В качестве пластификаторов применяют различные органические вещества: стеарин, касторовое масло, олеиновую кислоту, дибутилфталаты, трикрезилфосфаты и др.

Специальные добавки – это смазочные материалы, красители, добавки для уменьшения статических зарядов и горючести, для защиты от плесени, ускорители и замедлители отверждения и др. Специальные добавки служат для изменения или усиления какого-либо свойства.

Стабилизаторы – это вещества, предотвращающие разложение полимерных материалов во время их переработки и эксплуатации под воздействием атмосферных условий, повышенных температур и других факторов.

В качестве стабилизаторов используют ароматические амины, фенолы, сернистые соединения, газовую сажу.

Красители

В композиции пластмасс для придания определенной окраски вводят соответствующие красящие вещества — пигменты.

Виды красителей:

1) минеральные (мумия, охра, умбра, литопон, крон и др.); 2) органические (нигрозин, родамин).

Для ускорения отверждения термореактивных пластмасс в их состав перед формованием вводят катализаторы (перекиси, кислоты или соли).

При производстве пластмасс с пористым или ячеистым строением в их состав вводят специальные вещества — порообразователи.

Классификация пластмасс

Классификация пластмасс по происхождению: органического происхождения и неорганического происхождения.

Наибольшее применение в машиностроении получили пластмассы органического происхождения.

Классификация пластмасс в зависимости от пластической деформации при нагреве:

1) термопластичные (термопласты) пластмассы;

2) термореактивные (реактопласты) пластмассы.

Классификация пластмасс по диэлектрическим свойствам:

1) неполярные; 2) полярные.