Общие сведения о пластмассах

Пластмассами называются материалы, которые в качестве основного компонента содержат синтетический полимер – высокомолекулярное химическое соединение.

Получают синтетические полимеры из мономеров, которые способны взаимосоединяться с образованием молекул многократно увеличенной молекулярной массы.

Название полимера образуется от названия того мономера, из которого он был получен (этилен – полиэтилен, пропилен – полипропилен, стирол - полистирол, винилхлорид – поливинилхлорид).

Получение синтетических полимеров осуществляется посредством реакций полимеризации и поликонденсации.

Полимеризацией называется реакция соединения нескольких молекул мономеров в макромолекулу полимера, не сопровождающаяся выделением побочных продуктов.

Поликонденсацией называется реакция взаимодействия молекул нескольких мономеров, сопровождаемая получением макромолекулы полимера и выделением низкомолекулярных побочных продуктов (воды, газов и т.д.).

Полимерам присущи следующие основные состояния:

- два агрегатных: твердое и жидкое;

- два фазовых: аморфное и кристаллическое;

- три релаксационных физических: стеклообразное, высокоэластичное, и вязкотекучее, причем границы между этими состояниями обычно характеризуются значениями температур стеклования Т_с и текучести Т_т.

В зависимости от поведения при нагревании – охлаждении полимеры подразделяют на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные полимеры при первичном, а также повторном нагреваниях, становятся пластичными, а при охлаждении переходят в твердое состояние (поливинилхлорид, полиэтилен, полистирол и т.д.).

Термореактивныеполимеры приобретают пластичность только при первичном нагревании, после отверждения они переходят в неплавкое, нерастворимое состояние (полимеры на основе фенолоформальдегидных, полиэфирных, эпоксидных, карбамидных смол и др.).

Пластмассы могут быть однородными, состоящими из одного полимера, и неоднородными и состоять из связующего, пластификаторов, наполнителей, стабилизаторов, антистатиков, красителей, порообразователей и т.д. Неоднородные пластмассы называют полимерными композиционными материалами. К ним относятся и конструкционные пластмассы.

Для производства конструкционных пластмасс используют смолы:

- полиэфирные смолы – класс термореактивных, отверждаются при повышенной и комнатной температуре при помощи катализатора гипериза (светло-желтая жидкость с резким запахом) и соускорителя реакции метилвинилаэросила, набирает 60% прочности в течение суток без выделения побочных продуктов. Отверждение сопровождается выделением большого количества тепла, увеличением плотности, уменьшением объема смолы. В отвержденном состоянии обладает высокой стойкостью к воде, кислотам, бензину, маслам. Применяются в качестве связующего при изготовлении стеклопластика и как основу для клеев, лаков, пластобетонов, шпаклевок и т.д.;

- фенолоформальдегидные смолы (ФФС) – термореактивные, отверждаются в присутствии кислот с выделением летучих веществ и воды, для удаления которых требуется дополнительное давление. Этим смолы быстро отверждаются при повышенной температуре, обладают высокой прочностью, хорошей адгезией к стекловолокну, древесине, бумаге, стойки к термодеструкции, имеют высокие физико-механические и диэлектрические свойства, не растворяются в продуктах нефтепереработки и органических растворителях, стойки к действию слабых кислот. Применяются для изготовления стеклопластиков, древесных и бумажных пластиков, фанеры, клееной древесины;

- эпоксидные смолы – отверждение происходит без выделения побочных продуктов, с малой усадкой по сравнению с другими полимерами, катализатор отверждения - ПЭПА (полиэтиленполиамин). Отвержденные эпоксидные смолы обладают высокими физико-механическими свойствами, хорошей адгезией к большинству материалов, они бензино- , масло- и водостойкие. Применяются как связующее при изготовлении стеклопластиков и прессовочных композиций, в качестве клеев, герметиков, коррозие- и водостойких покрытий, обладающих хорошей атмосферо- и светостойкостью. Последнее время применяют модифицированные эпоксидные смолы;

- карбамидные (мочевиноформальдегидные) смолы – отверждение происходит под действием органических кислот, кислых солей и эфиров. Сами смолы растворяются в воде, но отвержденные практически не растворимы ни в чем. Карбамидные смолы бесцветны, обладают достаточно высокой теплостойкостью и светостойкостью. Используются в качестве связующего в пресс-порошках, применяемых для изготовления строительных деталей, клеев и пропитки тканевых материалов. На основе карбамидных смол получают пористый материал (мипору), имеющий высокие теплозвукоизоляционные показатели и малую плотность;

- кремнийорганические смолы обладают повышенной атмосферо- и светостойкостью. Применяются в качестве лаков, эмалей, красок, а также для придания гидрофобных свойств поверхности пористых материалов (мрамору, тканям, бумаге и т.д.)

Добавки к пластмассам:

- наполнители уменьшают расход связующего, снижают стоимость, уменьшают усадку, придают большую механическую прочность. В качестве твердых наполнителей применяют непрерывное и рубленное стекловолокно, стеклоткань, асбестовое волокно, древесную стружку, опилки, тальк и т.д.;

- пластификаторы снижают хрупкость, увеличивают гибкость, эластичность, относительное удлинение, морозостойкость;

- стабилизаторы способствуют сохранению физико-механических свойств во времени, снижают скорость процессов деструкции материалов под влиянием атмосферных воздействй. По характеру действия стабилизаторы делятся на актиосоданты или термостабилизаторы ( против термоокслительной деструкции) и светостабилизаторы ( против фотолиза и фотоокисления).

- антистатики уменьшают электризацию полимерных материалов в процессе их переработки и эксплуатации изделий из них. В качестве антистатика для пластмасс применяют поверхностно активные вещества и электропроводящие наполнители (сажа, графит, порошки металлов).