Тема Пластические массы (ПЛАСТМАССЫ )

План.

1. Определение. Свойства пластмасс.

2. Состав. Характеристика связующих и наполнителей.

3. Классификация.

4. Область применения пластмасс.

5. Неполярные термопластичные пластики: полиэтилен, полипропилен, полистирол, фторопласт – 4.

 

1. Пластическими массами (пластмассами) обычно называют неметаллические материалы, перерабатываемые в изделия методами пластической деформации (прессование, экструзия, литье под давлением и т.д.),обладающие пластическими свойствами в условиях переработки и не обладающие этими свойствами в условиях эксплуатации, т ак как эти материалы способны при нагреве размягчаться, становится пластичными, и тогда под давлением им можно придать заданную форму, которая потом сохраняется. Таким образом, при обычных температурах пластмассы представляют собой твердые, упругие тела.

Пластмассы - это искусственные материалы, получаемые на основе органических полимерных связующих веществ. В зависимости от природы связующего переход отформованной массы в твердое состояние совершается или при дальнейшем ее нагреве, или при последующем охлаждении.

Свойства пластмасс.

Некоторые свойства пластмасс сравним с аналогичными свойствами некоторых металлов. Плотность различных пластмасс колеблется от 0,9 до 2,2 г/см­­­­­­­­­­­­­­­_{­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­}³; имеются особые типы пластмасс (пенопласты) с плотностью 0,02 – 0,1 г/см³. В среднем пластмассы примерно в 2 раза легче алюминия и в 5-8 раз легче стали, меди и других металлов, а некоторые сорта пенопластов более чем в 10 раз легче пробки. Прочность некоторых видов пластмасс даже превосходит прочность некоторых марок стали, чугуна, дюралюминия и др.

По химической стойкости пластмассы не имеют себе равных среди металлов. Они устойчивы не только к действию влаги воздуха, но и таких сильнодействующих химических веществ, как кислоты и щелочи.

Обычно пластмассы являются диэлектриками. Отдельные сорта пластмасс представляют собой лучшие диэлектрики из всех известных в современной технике.

В настоящее время известен целый ряд пластмасс, обладающих значительной тепло- и морозостойкостью, что позволяет применять их для изготовления изделий, работающих в широком интервале температур.

По своим антифрикционным свойствам многие пластмассы значительно превосходят лучшие антифрикционные сплавы металлов. Многие типы пластмасс при использовании их для подшипников не требуют смазки, другие же могут «смазываться» просто водой.

Наряду с большой механической прочностью некоторые виды пластмасс обладают прекрасными оптическими свойствами.

Обычно пластмассы имеют твердую, блестящую поверхность, не нуждающуюся в полировке, лакировке или поверхностной окраске. Внешний вид их не изменяется от обычных атмосферных воздействий.

По методам переработки пластмассы имеют значительное преимущество перед многими другими материалами. Благодаря изготовлению изделий из пластмасс методами прессования, литья под давлением, формования, экструзии и другими методами устраняются отходы производства (стружки), появляется возможность широкой автоматизации производства.

Наконец, большим преимуществом пластических масс перед другими материалами является неограниченность и доступность сырьевой базы (нефтяные газы, нефть, уголь, отходы лесотехнической промышленности, сельского хозяйства и др.).

Таким образом:

Особенностями пластмасс являются:

-малая плотность (1000 – 2000 кг/м³);

-низкая теплопроводность 0,1 – 0,3 Вт/(м*К);

-значительное тепловое расширение, в 10 – 30 раз больше, чем у стали

(15 –100) 10^{-6 о} С^{- 1};

- хорошие электроизоляционные свойства;

- высокая химическая стойкость;

- фрикционные и антифрикционные свойства.

Недостатками пластмасс являются:

- невысокая теплоемкость;

- низкие модуль упругости и ударная вязкость (по сравнению с металлами и сплавами);

- для некоторых (склонность к старению).

Свойства пластмасс зависят от состава отдельных компонентов, их сочетания и количественного соотношения. Что позволяет изменять характеристики пластиков в достаточно широких пределах.

4. Обязательным компонентом пластмасс является связующее термореактивное или термопластичное. Для большинства пластмасс – это синтетические смолы, реже применяют эфиры, целлюлозы. Многие пластмассы (термопластичные) состоят из одного связующего: (полиэтилен, органические стекла).

Другим важным компонентом пластмасс являются наполнители.

Наполнители бывают порошкообразные или волокнистые вещества как органического так и неорганического происхождения. Наполнители повышают механические свойства, снижают усадку при прессовании и придают материалу те или иные спецсвойства.

Пластификаторы - повышают эластичность и облегчают обработку (Олеиновая кислота, стеарин, дибутилфталат).

Отвердители – (амины) или катализаторы (перекисные соединения) процесса отверждения термореактивных связующих, ингибиторы, предохраняющие полуфабрикат от самопроизвольного отверждения, красители.

3. Классификация пластмасс:

1. По характеру связующего вещества пластмассы подразделяют на:

- термопластичные (термопласты) и

- термореактивные (реактопласты)

Термопласты удобны для переработки в изделия, имеют небольшую усадку при формовании (1-3 %). Материал отличается:

- большой упругостью;

- малой хрупкостью;

- способностью к ориентации.

Обычно термопласты изготавливают без наполнителя. В последние годы применяют термопласты с наполнителем минеральные или синтетические волокна (органопласты).

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

2. По виду наполнителя ПЛ. делят на:

Порошковые (карболиты) с наполнителями в виде древесной муки, графита, талька и др.

Волокнистые с наполнителями в виде:

-очесов хлопка и льна (волокниты);

-стеклянного волокна (стекловолокниты);

-асбеста (асбестоволокниты).

Слоистые: содержат листовые наполнители:

- листы бумаги в гетинаксе;

- хлопчатобумажные, стеклянные, асбестовые ткани в текстолите (СТЕКЛОТЕКСТОЛИТ, АСБОТ ЕКСТОЛИТ);

- древесный шпон в древеснослоистых пластиках).

Газонаполненные пластмассы ( наполнитель – воздух или нейтральные газы. Пено- поро- сото- пласты).

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

4. Перечислим лишь основные отрасли промышленности, в которых в широких масштабах применяются пластические массы.

В электротехнической и радиотехнической промышленности пластмассы используются в качестве конструкционных и изоляционных материалов при производстве электродвигателей, трансформаторов, электрических кабелей и проводов, радиоаппаратуры, телевизоров, печатных схем и др. В машиностроении пластмассы применяют для производства конструкционных элементов машин и механизмов, бесшумно трущихся частей машин, самосмазывающихся подшипников, многих деталей станков и машин, подвергающихся в процессе работы истиранию.

Некоторые виды пластмасс, обладающие высокой стойкостью в агрессивных средах, используются в химическом и нефтяном машиностроении и др.

Особенно высокий экономический эффект дает применение пластмасс в тяжелом, энергетическом, транспортном и химическом машиностроении, автомобиле- и приборостроении. Широкое применение пластмассы находят также в строительстве. Из них изготавливают высококачественные термо-, гидро- и звукоизоляционные материалы, арматуру, санитарно-техническое оборудование и др.

Подсчитано, что суммарный экономический эффект от использования пластмасс в народном хозяйстве за седьмую и восьмую пятилетки составил более 3,6 млрд. руб.

Пластические массы обладают очень высокими электро-, тепло- и звукоизолирующими свойствами, почти абсолютной стойкостью к действию агрессивных сред; обеспечивают защиту от радиоактивных излучений; способны отражать или пропускать световые, звуковые и радиоволны. Пластмассы широко применяются в новейших областях техники – атомной энергетике, электронике, ракетной технике, современном самолетостроении и др.

И, наконец, если мы внимательно оглянемся кругом, то заметим массу вещей, изготовленных из пластмасс, которые прочно вошли в наш быт. Большое число деталей холодильников, телевизоров, пылесосов, стиральных машин, спортивные принадлежности, игрушки, посуда, отделочные и упаковочные материалы, различные предметы галантереи, санитарии и гигиены – вот далеко не полный перечень изделий из пластмасс, широко применяемых в быту.

 

 

4 .ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ ПЛАСТМАССЫ.

В основе термопластичных ПЛ. лежат полимеры линейной или разветвленной структуры.

Термопласты имеют ограниченную рабочую температуру, свыше 60 –70 ^о С начинается резкое снижение физико-механических свойств.

Более теплостойкие могут работать до 150 – 250 ^оС, а термостойкие с жесткими цепями и циклические структуры устойчивы до 400 - 600 ^о С.

Более прочными и жесткими являются кристаллические полимеры.

Предел прочности составляет 10 – 100 МПа. Они хорошо сопротивляются усталости, их долговечность выше, чем у металлов. Предел выносливости составляет 0,2-0,3 предела прочности. При частотах нагружения свыше 20 Гц происходят разогрев материала и уменьшение прочности.

Термопласты делят на неполярные и полярные.

 

Неполярные термопластичные пластмассы. К ним относят: полиэтилен, полипропилен, полистирол и фторопласт –4.

Полиэтилен (-СН₂-СН₂-)_n –продукт полимеризации газа этилена, относящийся к кристаллизующимся полимерам.

Различают полиэтилен:

-низкой плотности - (получают полимеризация высокое давление) – ПЭВД,

содержит 55-65 % кристаллической фазы;

-высокой плотности – (получают при низком давлении) – ПЭНД, кристалличность – 74-95 %.

Свойства. Чем выше плотность и кристалличность полиэтилена,тем выше прочность и теплостойкость. Длительно его применяют при 60 – 100^о С. Морозостойкость достигает – 70 ^о С и ниже. Химически стоек и при нормальной температуре нерастворим ни в одном из известных растворителей.

Недостатки. Подвержен старению. Для защиты от старения вводят стабилизаторы и ингибиторы (2-3 % сажи замедляют процессы старения в 30 раз). Под действием ионизирующего излучения полиэтилен твердеет, приобретает большую прочность и теплостойкость.

Полиэтилен применяют для изготовления труб, литых и прессованных несиловых деталей, пленок, служит покрытием для защиты от коррозии, влаги, электрического тока.

Полипропилен- (-СН₂-СНСН₃-)_n
является производной этилена. По сравнению с полиэтиленом этот пластик

более теплостоек сохраняет форму до температуры 150 ⁰ С. Полипропиленовые пленки прочны и более газонепроницаемы, чем полиэтиленовые, а волокна эластичны, прочны и химически стойки. Нестабилизированный полипропилен подвержен быстрому старению. Недостатком пропилена является его невысокая морозостойкость (от –10 до 20 ⁰ С).