Основные свойства полимеров и пластмасс

Функциональные свойства полимеров и пластмасс.

К свойствам, определяющим функциональные возможности полимерных материалов, относят плотность, механические, термические, электрические, химические и оптические свойства, атмосферостойкость. Функциональная пригодность полимерных материалов зависит от прозрачности, цвета и блеска, к группе функциональных относят также оптические свойства.

Плотность полимеров колеблется от 0,85 (полипропилен) до 2,2 г/см³ (политетрафторэтилен), т.е. значительно меньше плотности металлов, керамики, стекла и других конструкционных материалов. Плотность наполненных пластмасс зависит от природы и количества наполнителя. У газонаполненных пластмасс кажущаяся плотность (объемная масса) может составлять 0,01-0,02 г/см³, а у пресс-порошковых и слоистых достигает 2,5 г/см³ и более.

Механические свойства пластических масс в значительной степени определяют их функциональную пригодность и надежность при оценке их как конструкционных материалов. Для характеристики механических свойств пользуются следующими показателями: прочность при растяжении (сжатии, изгибе), ударная вязкость (ударное разрушение), выносливость (усталостная прочность – способность выдерживать многократные нагрузки), хрупкость, жесткость и мягкость. Однако однозначно эти свойства характеризовать нельзя, так как показатели, определяющие их, зависят от молекулярной массы, структуры и степени кристалличности полимеров, ориентации и температурных условий. Кроме того, на механические свойства пластмасс существенно влияют наполнители, пластификаторы и другие добавки.

К термическим свойствам пластмасс относятся тепло- и морозостойкость, показатели теплоизоляционной способности, термического расширения и температурные константы (температура плавления, стеклования, текучести и т.д.).

Электрические свойства характеризуют электрическую проводимость и электризуемость полимеров. Для снижения статической электризации на поверхность полимерных материалов или в их состав вводят антистатики (электропроводящие материалы), действие которых основано на увеличении электрической проводимости, обеспечивающей утечку зарядов.

Химические свойства полимеров характеризуют их отношение к воде, кислотам, моющим средствам, растворителям и другим химическим реагентам. О стойкости к химическому реагенту судят по изменению внешнего вида полимера (цвета, блеска), растворимости, набухаемости, потере механических свойств и т.д. Для большинства полимеров характерна высокая химическая стойкость. Наибольшую стойкость проявляют фторопласты, полиэтилен, поливинилхлорид, полиэтилентерафталат и другие смолы, не содержащие полярных групп.

Введение в молекулу полимера полярной группы понижает его стойкость к воде и другим полярным веществам. Так, поливиниловый спирт благодаря наличию сильнополярной группы -ОН растворим в воде, но устойчив к жирам и бензину.

Химические свойства пластмасс определяются также видом наполнителя. Минеральные наполнители повышают водо-, кислото- и щелочестойкость, а органические их снижают.

Среди оптических свойств важными показателями являются прозрачность, цветность и блеск.

Атмосферостойкость – способность полимерных материалов выдерживать длительное воздействие различных атмосферных факторов (солнечной радиации, теплоты, кислорода и озона воздуха, влаги и промышленных газов) без значительного изменения внешнего вида и эксплуатационных свойств. В большинстве случает атмосферные факторы приводят к старению полимерных материалов, вызывая необратимые изменения: потерю блеска, изменение цвета, растрескивание, отслаивание, меление, образование пузырей и сыпи, рост жесткости и хрупкости, снижение прочности и износостойкости.

Эргономические свойства полимеров и пластмасс.

Полимеры и пластмассы (полистирол, полиметилметакрилат, поликарбонат) обладают высокими декоративными возможностями. Можно окрасить их в разнообразные цвета, придать поверхности различную фактуру, блеск или матовость, имитировать другие материалы.

В группу эргономических свойств входят также удобство производства (переработки) полимеров и пластмасс, их безопасность и безвредность, что позволяет характеризовать их с точки зрения удобства пользования и влияния на человека и окружающую среду.

Удобство производства выражается в том, что полимерные материалы легко подвергаются различным видам переработки в отличие от других поделочных материалов. Процесс формирования относительно прост и легко автоматизируется, не требуется дополнительных операций отделки, так как продукцию украшают преимущественно в ходе формирования. Формование изделий из пластмасс может быть выполнено традиционными методами переработки других материалов и является практически безотходным.

Выбор метода переработки зависит от термических свойств пластмасс, формы, конструктивных особенностей, назначения изделия, а также экономичности производства.

Безопасность полимерных материалов определяется главным образом их огнестойкостью - способностью противостоять действию огня. По огнестойкости (горючести) полимерные материалы, как и другие, подразделяют на горючие, трудносгораемые, негорючие (огнестойкие). Большинство полимерных композиций на основе термопластичных смол являются горючими. Особенно легко воспламеняются и хорошо горят нитроцеллюлозные пластики, полиметилкрилаты, полистиролы. Винилхлоридные полимеры, полиакрилонитрилы, поликарбонаты и реактопласты с органическими наполнителями трудно воспламеняются, горят только в пламени. Негорючие (огнестойкие) пластмассы не горрят вовсе или самозатухают, когда оказываются вне пламени; к ним относятся элементоорганические и неорганические полимеры, органические полимеры с ароматическими циклами в макромолекулях и фторопласты.

Опасность горючих пластмасс состоит не только в возможности их воспламенения и горения. При горении полимеров образуется раскаленный плав, нередко обильное дымовыделение и сильнотоксичные продукты. Для придания огнестойкости и снижения горючести в пластмассы вводят антипирены – специфические добавки и негорючие наполнители (каолин, цемент, асбест и т.д.).

Безвредность – характеризует потенциальную опасность материалов для здоровья человека и вредное влияние на окружающую среду. При оценке безвредности полимеров исходят из общего требования к материалам – не выделять в контактную среду токсических, канцерогенных, аллергических и других веществ в количествах, которые могут оказывать прямо или косвенно вредное влияние на организм человека, животный и растительный мир. Чистые восокомолекулярные полимеры физиологически безвредны, т.е. они не переходят в пищевые продукты и жидкие среды.

Безвредность пластиков и их допустимость для производства изделий различного функционального назначения устанавливают после тщательных санитарно-химических исследований, включающих:

- определение вида (идентификация) и концентрации веществ, мигрирующих из пластмасс в контактную среду;

- установление степени токсического воздействия пластмассы или мигрирующих из нее веществ на организм;

- определение характера влияния пластмассы на биологическую и пищевую ценность продукта (состав, вкус, запах, состояние поверхности и т.д.).

Основное содержание санитарно-гигиенической оценки заключается в проверке органолептическим способом и методами качественного и количественного анализа наличия вредных веществ, выделяющихся из изделий в модельные среды. Модельными средами могут быть специальные растворы, моделирующие химический состав пищевых продуктов, или непосредственно сухие пищевые продукты. Допустимое количество вредных веществ, выделяющихся в модельные среды, и наличие запаха проверяются согласно «Инструкции по санитарно-химическому исследованию изделий, изготовленных из полимерных и других синтетических материалов, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами».

Надежность полимерного материала.

Его способность сохранять во времени установленные в заданных пределах показатели функциональных, эргономических и эстетических свойств, а также долговечность и сохраняемость.

Долговечностью полимерного материала принято считать продолжительность времени от начала нагружения до разрушения полимерного тела.

Сохраняемость характеризуется способностью полимеров проявлять установленный уровень свойств при хранении и транспортировании.