Области применения пластмасс

Минеральные наполнители придают  пластмассе водостойкость, химическую стойкость, повышенные электроизоляционные  свойства, устойчивость к тропическому климату.

Пластмассы с порошковыми наполнителями  широко применяют в машиностроении для изготовления различной инструментальной оснастки, вытяжных и формовочных  штампов, корпусов станочных, сборочных  и контрольных приспособлений, литейных моделей, копиров и др.

Пластмассы с волокнистыми наполнителями. К этой группе пластмасс относятся волокниты, асбоволокниты, стекловолокниты. 

Волокниты применяют для деталей общего технического назначения с повышенной устойчивостью к ударным нагрузкам, работающим на изгиб и кручение.

Асбоволокниты обладают повышенной теплостойкостью (свыше 200ºС) и ударопрочностью, устойчивостью к кислым средам и высокими фрикционными свойствами. Асбоволокниты используются в качестве материала тормозных устройств (колодки, накладки, диски подъемных кранов, вагонов, автомобилей и др.); из материала фаолита (разновидность асбоволокнитов) получают кислотоупорные аппараты, ванны, трубы.

Стекловолокниты получают продавливанием расплавленной стекломассы через фильеры. В качестве наполнителя применяют непрерывное стекловолокно или короткое волокно. Обладают хорошими прочностными характеристиками. Используются для крупногабаритных изделий простых форм (кузова автомашин, лодки, корпуса приборов).

Слоистые пластмассы являются силовыми конструкционными и поделочными материалами. Листовые наполнители, уложенные слоями, придают пластику анизотропность. Материалы выпускаются в виде листов, плит, труб, заготовок, из которых механической обработкой получают различные детали.

Гетинакс по назначению подразделяют на электротехнический и декоративный, который может иметь различные цвета и текстуру, имитирующую древесные породы. Пластик можно применять при температуре 120 - 140ºС. Он устойчив к действию химикатов, растворителей, пищевых продуктов; используется для внутренней облицовки пассажирских кабин самолетов, железнодорожных вагонов, кают судов, в строительстве.

Текстолит. Среди слоистых пластиков обладает наибольшей способностью поглощать вибрационные нагрузки, хорошо сопротивляться раскалыванию. Текстолит применяют для зубчатых колес. Текстолитовые вкладыши подшипников служат в 10 – 15 раз дольше бронзовых. Однако рабочая температура текстолитовых подшипников невысока (80 - 90ºС). Они применяются в прокатных станах, центробежных насосах, турбинах и др.

Древеснослоистые пластики (ДСП) состоят из тонких листов древесного шпона, пропитанных феноло- и крезольно-формальдегидными смолами и спрессованных в виде листов и плит. Древеснослоистые пластики имеют высокие физико-механические свойства, низкий коэффициент трения и с успехом заменяют текстолит, а также цветные металлы и сплавы. Недостатком ДСП является чувствительность к влаге. Из ДСП изготавливают шкивы, втулки, ползуны лесопильных рам, корпусы насосов, подшипники, детали автомобилей, железнодорожных вагонов, лодок и детали текстильных машин.

Асботекстолит является конструкционным, фрикционным термоизоляционным материалом. Обладает высокой теплостойкостью (300ºС) и механической прочностью. Из асботекстолита делают лопатки ротационных бензонасосов, фрикционные диски и тормозные колодки. Асботекстолит выдерживает кратковременно высокие температуры и поэтому применяется в качестве теплозащитного теплоизоляционного материала.

 

1.3. Газонаполненные пластмассы.

 

Газонаполненные пластмассы представляют собой гетерогенные дисперсные системы, состоящие из твердой и газообразной фаз. Такие пластмассы имеют чрезвычайно малую массу и высокие теплозвукоизоляционные характеристики. В зависимости от физической структуры газонаполненные пластмассы делят на две группы:

1. Пенопласты – материалы с  ячеистой структурой, в которых  газообразные наполнители изолированы  друг от друга и от окружающей  среды тонкими слоями полимерного  связующего;

2. Поропласты – губчатые материалы  с открытопористой структурой, вследствие чего присутствующие в них газообразные включения свободно сообщаются друг с другом и с окружающей атмосферой.

Пенопласты получили наиболее широкое применение. Замкнуто–ячеистая структура обеспечивает хорошую плавучесть и высокие теплоизоляционные свойства. Механическая плотность пенопластов невысока и зависит от плотности материала. Пенопласты применяют для теплоизоляции кабин, контейнеров, приборов, рефрижераторов, труб и т. д. Широкое применение пенопласты получили в строительстве и при производстве труднозатопляемых изделий. Используются в авиастроении, судостроении, на железнодорожном транспорте и т. д.

Сотопласты изготовляют из тонких листовых материалов. Материалом для сотопластов служат ткани (стеклянные, кремнеземные, угольные). Сотопласты имеют достаточно высокие теплоизоляционные свойства. Они служат легкими заполнителями многослойных панелей, применяемых в авиа- и судостроении для несущих конструкций; при создании наружной теплозащиты и теплоизоляции космических кораблей; в антенных обтекателях самолетов и др.      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_{2. Свойства и производство  пластмасс}

 

Пластмассы  представляют собой материалы на основе природных или синтетических  полимеров, способные приобретать  заданную форму при нагревании и  под давлением и устойчиво  сохранять ее после охлаждения.

Органические  искусственные вещества - полимеры - построены, как известно, из макромолекул многочисленных малых основных молекул (мономеров). Процесс их образования  зависит от разных факторов - отсюда широкие возможности варьирования и комбинирования, а следовательно и неисчерпаемые возможности получения продуктов с самыми разнообразными свойствами. Основные процессы образования макромолекул - это полимеризация, ступенчатая.

Структурные формулы некоторых распространенных полимеров полимеризация (полиприсоединение) и поликонденсация.

 

Название полимера	Структура полимера
Мочевиноформальдегидная смола
Полиамидная смола
Полиакрилат
Полиметилметакрилат

 

Полимеризация - это химическая реакция образования  высокомолекулярных продуктов вследствие сцепления простых ненасыщенных органических мономеров, протекающая без отщепления каких либо частей молекул. Пример: n·этилен à полиэтилен.

Полиприсоединение - это объединение различных основных молекул в высокомолекулярные продукты без отщепления третьего вещества. Пример: x·диизоцианат (OCN (R) _nNCO) + y·многоатомный спирт à полиуретан.

Поликонденсация - реакция образования высокомолекулярного  вещества из мономеров различного вида, которая сопровождается отщеплением  низкомолекулярного продукта (часто  молекул воды). Пример: x·формальдегид + y·мочевина ( (NH₂) ₂CO) à мочевиноформальдегидная смола + z·вода.

Физические  и химические свойства полимеров  обусловлены как особенностями  химического состава и молекулярного  строения этих веществ, так и их "надмолекулярной" структурой. Так химическая стойкость  полиэтилена (устойчивость к действию агрессивных сред) определяется химической формулой мономера (-CH₂-CH₂ -), не содержащего после полимеризации двойных связей, а физические свойства, например эластичность и непроницаемость,- его надмолекулярной структурой.

Рассмотрим  первый аспект проблемы - химический состав и молекулярное строение полимеров.

 

В соответствие с местом в периодической системе  углерод четырехвалентен. Главной  его особенностью является способность  образовывать вещества, в которых  атомы углерода связаны между  собой. При этом могут возникать как цепочные (в виде простых или разветвленных цепей), так и циклические соединения:

В зависимости  от числа атомов и их взаимного  расположения изменяются и свойства вещества. Например, чем больше атомов входит в соединение, тем менее  оно летучее.

Свойства  соединений углерода в большой степени  зависят от характера связей между  его отдельными атомами. Способность  атомов углерода образовывать цепочки, кольца или сложные решетки, в  которые вклинены другие элементы, обуславливает существование свыше  трех миллионов известных в настоящее  время соединений углерода.

Благодаря изменению структур молекул и  их разнообразным комбинациям ассортимент  пластмасс значительно расширяется  за счет создания пластмасс с желаемыми  свойствами. Хорошим примером реализации таких возможностей являются АБС-полимеры. Их название образовано от начальных групп трех основных мономеров: акрилонитрил (CH₂=CH-CN) (А) вносит свою долю в химическую устойчивость продукта, бутадиен (Б) сообщает ему сопротивление ударам, стирол (С) делает материал твердым и легко поддающимся термопластической обработке. Получают АБС-полимеры исключительно путем привитой полимеризации. Привитая полимеризация - процесс образования высокомолекулярных соединений, в ходе которого на основную цепь полимера прививаются дополнительные боковые цепь другого химического характера. Варьируя доли отдельных мономеров и условия полимеризации можно изготовить продукты с различными свойствами. Основное назначение АБС-полимеров - замещать металлы в конструкциях и аппаратах.

Помимо  полимера в состав пластмасс часто  входят различные добавки: наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители  и другие компоненты.

Наполнители - это вещества, служащие для придания пластмассе необходимых эксплуатационных свойств (например, высокой прочности, термостойкости и др.), облегчения переработки, снижения стоимости. В качестве наполнителей применяют опилки, сажу, графит, стеклянные, асбестовые, химические волокна. В слоистых пластиках (пластмассы, упрочненные параллельно расположенными слоями наполнителя) роль наполнителя выполняют бумага, ткани; в пенопластах газы, например азот. Применение наполнителей снижает стоимость пластмассы. Ведь, как правило, наполнители - это отходы различных производств, они значительно дешевле самого полимера.

Пластификаторы  вводят в состав пластмассы с целью  повышения пластичности или эластичности полимера и готовой пластмассы. В  качестве пластификаторов используют, главным образом, нелетучие, химически  инертные вещества, например дибутилфталат (C₆H₄ (COOC₄H₉) ₂), нефтяные масла. Молекулы пластификатора, например глицерина ослабляют связи между макромолекулами полимера. Это облегчает процесс формования пластмассы, позволяет проводить его при меньшей температуре.

Стабилизаторы - вещества, тормозящие старение пластмассы, происходящее, как правило, в результате деструкции. Деструкция полимеров - процесс  разрушения их молекул под действием  тепла, кислорода, света и др. В  результате деструкции изменяются многие свойства полимеров и часто они  становятся непригодными для использования. Стабилизаторы защищают полимеры от окисления (ароматические амины, фенолы), действия атмосферы, озона (воски), предохраняют полимеры от воздействия света (сажа) и ультрафиолетового света, защищают от разрушения под действием ионизирующих излучений (ароматические углеводороды, амины).

Нередко одно и то же вещество в пластмассе может выполнять одновременно несколько  функций. Так фосфаты удается  использовать и как антипирены (вещества понижающие горючесть материалов органического  происхождения), и как пластификаторы. Наполнитель может "работать" и как антиокислитель, и как  пигмент, а также способствовать непроницаемости материала.

Пластмассы  различаются по своим эксплуатационным свойствам (например, пластмассы с высоким  электрическим сопротивлением, атмосферо-, термо-, или огнестойкие), по природе наполнителя (например, стеклопластики, графитопласты, газонаполненные пластмассы), по способу расположения наполнителя в материале (слоистые пластики, волокниты - пластмассы, состоящие из рубленого волокна, пропитанного термореактивной синтетической смолой), а также по типу полимера (например, аминопласты, белковые пластики).

В зависимости  от характера превращений, происходящих с полимером при формовании, пластмассы подразделяются на реактопласты и термопласты. Реактопласты или термореактивные  пластмассы, подобно обожженной глине, не способны вернуть вновь пластичное состояние. Это связано с тем, что их переработка в изделие  сопровождается химическим взаимодействием  между макромолекулами и образованием пространственной структуры полимера. После такой переработки реактопласты утрачивают пластичность, становясь  неплавкими и нерастворимыми. Повторно переработать такой материал в новое  изделие уже невозможно. Обычно реактопласты - это фенольные, карбамидные и полиэфирные смолы. Чаще всего в исходном состоянии они представляют жидкости, которые при добавлении катализатора или нагревании необратимо затвердевают вследствие образования сшитых молекул.

Термопласты при нагревании вновь приобретают  пластичность, их можно формовать  многократно. Их легче превращать в  готовые изделия, можно рационально  обрабатывать и перерабатывать методами литья под давлением, вакуумной  формовки или простой формовки. К  термопластам относятся полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и АБС-полимеры.

Пространство  между термопластами и реактопластами, как и между натуральными и  синтетическими продуктами, заполнено  сплошным спектром пластмасс, изготовленных "по специальным заказам". Они  имеют порой необычные комбинации свойств. Так, разработаны термопласты  с обратимым образованием сшитых молекул. При температуре обработки они могут быть термопластичными, а при температуре применения готового изделия, которая лежит намного ниже, они становятся термореактивными.