1.3. Вопросы по теме «Полимеры»:

1. Как влияет форма макромолекул полимеров на их физико-механические свойства?

2. Как классифицируются полимерные материалы по происхождению, отношению к нагреву, полярности?

3. Какие полимеры называются термопластичными, термореактивными? Приведите примеры.

4. Каковы температурные зависимости прочностных характеристик термо­пластичных и термореактивных полимеров?

5. Что называется термомеханической кривой и какова она для полимеров с разной структурой?

6. В чем сущность старения полимерных материалов?

2. Пластические массы

Пластические массы (далее – пластмассы) – это синтетиче­ские материалы, получаемые на основе органических и элементо-органических полимеров.

0. 2.1. Общая характеристика пластических масс

Свойства пластмасс определяются свой­ствами полимеров, составляющих их основу.

По составу пластмассы могут быть простыми (термопласты – химические полимеры линейной или разветвленной структуры) и сложными (которые помимо полимеров, содержат различные добавки: наполнители, красители, пластификаторы, отвердители и т.д.).

Связующее вещество является обязательным компонентом. Та­кие простые пластмассы, как полиэтилен, вообще состоят из од­ного связующего вещества.

Наполнителями служат твердые материалы органического и не­органического происхождения. Наполнители придают пластмассам прочность, твердость, теплостойкость, а также некоторые специа­льные свойства, например антифрикционные или наоборот фрик­ционные. Кроме того, наполнители снимают усадку при прессова­нии.

В зависимости от наполнителя различают пресс-порошковые, волокнистые и слоистые пластмассы, а также пенопласты, когда наполнитель применяется в виде газа (воздух или нейтральный газ).

Пластификаторы представляют собой нелетучие жидкости с низкой температурой замерзания. Растворяясь в полимере, плас­тификаторы повышают его способность к пластической деформа­ции. Пластификаторы вводят для расширения температурной об­ласти высокоэластического состояния, снижения жесткости пласт­масс и температуры хрупкости. В качестве пластификатора приме­няют сложные эфиры, низкомолекулярные полимеры и др. Пласти­фикаторы должны оставаться стабильными в условиях эксплуатации. Их наличие улучшает морозостойкость и огнестойкость пластмасс.

В состав пластмасс могут также входить стабилизаторы, отвердители, красители и другие вещества.

Стабилизаторы вводят в пластмассы для повышения долговеч­ности. Светостабилизаторы предотвращают фотоокисление, а ан­тиокислители – термоокислительные реакции.

Отвердители изменяют структуру полимеров, влияя на свой­ства пластмасс. Чаще используют отвердители, ускоряющие поли­меризацию. К ним относятся оксиды некоторых металлов, уротро­пин и др.

Специальные химические добавки вводят с различными целями; например, сильные органические яды – фунгициды – для пред­охранения пластмасс от плесени и поедания насекомыми в усло­виях тропиков.

Смазывающие вещества (стеарин, олеиновая кислота) приме­няют для предотвращения прилипания пластмассы к оборудова­нию при производстве и эксплуатации изделий.

Красители и пигменты придают пластмассам желаемую ок­раску.

Для пластмасс характерны следующие свойства:

• низкая плотность (обычно 1–1,8 г/см³, в некоторых случаях 0,02–0,04 г/см³);

• высокая коррозионная стойкость. Пластмассы не подвержены электрохимической коррозии, на них не действуют слабые кисло­ты и щелочи. Существуют пластмассы, стойкие к воздействию кон­центрированных кислот и щелочей. Большинство пластмасс без­вредны в санитарном отношении;

• высокие диэлектрические свойства;

• хорошая окрашиваемость в любые цвета. Некоторые пластмас­сы могут быть изготовлены прозрачными, не уступающими по сво­им оптическим свойствам стеклам;

• механические свойства широкого диапазона. В зависимости от природы выбранных полимеров и наполнителей пластмассы могут быть твердыми и прочными или же гибкими и упругими. Ряд пла­стиков по своей механической прочности превосходит чугун и бронзу. При одной и той же массе пластмассовая конструкция мо­жет по прочности соответствовать стальной;

• антифрикционные свойства. Пластмассы могут служить пол­ноценными заменителями антифрикционных сплавов (оловянных бронз, баббитов и др.). Например, полиамидные подшипники скольжения длительное время могут работать без добавления сма­зочного материала;

• высокие теплоизоляционные свойства. Все пластмассы, как правило, плохо проводят теплоту, а теплопроводность таких теплоизоляторов, как пено- и поропласты, почти в 10 раз меньше, чем у обычных пластмасс;

• хорошие технологические свойства.

Изделия из пластмасс изготавливают способами безотходной технологии (без снятия стружки) – литьем, прессованием, фор­мованием с применением невысоких давлений или в вакууме.

Недостатком большинства пластмасс является их невысокая теплостойкость (100–120 °С). В настоящее время верхний темпера­турный предел для некоторых пластмасс поднялся до 300–400°С. Пластмассы могут работать при умеренно низких температурах (до -70 °С), а в отдельных случаях – при криогенных температурах. Недостатками пластмасс также являются их низкая твердость, склонность к старению, ползучесть, нестойкость к большим ста­тическим и динамическим нагрузкам. Однако достоинства пласт­масс значительно превосходят их недостатки, что обусловливает высокие темпы роста их ежегодного производства.

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 ориентации. Обычно термо­пласты изготовляют без наполнителя. В последние годы стали при­менять термопласты с наполнителями в виде минеральных и син­тетических волокон (органопласты).

Термореактивные полимеры после отверждения и перехода связующего в термостабильное состояние хрупки, часто дают большую усадку (до 10–15%) при их переработке, поэтому в их состав вводят усиливающие наполнители.

По виду наполнителя пластмассы делят на порошковые (кар­болита) 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, стеклотекстолите и асботекстолите, древесный шпон в древеснослоистых пластиках); газонаполненные (наполнитель – воздух или нейтральные газы – пено- и поропласты).

По применению пластмассы можно подразделить на силовые (конструкционные, фрикционные и антифрикционные, электроизо­ляционные) и несиловые (оптически прозрачные, химически стой­кие, электроизоляционные, теплоизоляционные, декоративные, уплотнительные, вспомогательные). Однако это деление условно, так как одна и та же пластмасса может обладать разными свой­ствами.