Краткие сведения о пластмассах

  Таблица 2

 Термомеханическая кривая полимеров, характеризующая зависимость  деформации от температуры при постоянной нагрузке (рис. 1), имеет три участка, соответствующие трем физическим состояниям полимеров.

  Рис. 1 Термомеханическая кривая полимеров (пластмасс)

  Участок 1. 0 < Т₁ < Т_с соответствует стеклообразному состоянию, характеризующемуся большим значением модуля упругости и небольшими упругими деформациями. На этом участке пластмассы ведут себя как хрупкий материал, то есть при повышении температуры деформация почти не изменяется.

  Участок 2. При дальнейшем повышении температуры (Т_с < Т₂ < Т_т) вначале происходит резкое увеличение деформации до определенного предела, после которого она остается почти постоянной до температуры Т_т. Этот участок соответствует высокоэластическому достоянию полимера, для которого характерны высокие, но обратимые деформации. Таким образом, в интервале от О до Т_т в полимере имеют место практически только упругие деформации.

  На  участке 2 материал ведет себя как  высокоэластичный резиноподобный материал. Если здесь придать материалу какую-либо форму, то сохранить ее можно только при охлаждении, не снимая нагрузки. Однако при повторном нагреве материал примет первоначальную форму.

  Участок 3. При Т_т < Т₃ < Т_р наступает так называемое истинное течение полимера, который переходит в вязкотекучее состояние, сопровождающееся резким увеличением деформации с ростом температуры вплоть до температуры разложения Т_р, при которой (и выше) материал необратимо изменяется. На этом участке материал ведет себя как высоковязкая жидкость. Здесь имеют место полностью необратимые деформации.

  Длительная  выдержка полимера при температуре  близкой, но ниже Т_р, не говоря уже при Т > Т_р, вызывает термическое разложение пластмассы - ее деструкцию. Повторные нагревания термопластов до температуры ниже Т_р могут быть выполнены многократно.

  Переработка полимеров в изделия осуществляется в вязкотекучем состоянии, поэтому интервал между температурами текучести и разложения полимера определяет температурный интервал его переработки и сварки.

↑ наверх

Термопластичные пластмассы. Свойства и область применения

  Термопластичные пластмассы используют для изготовления различных материалов: пленок, волокон, листов, труб. Наиболее широко применяют  термопласты в виде гомогенных материалов, реже в виде газонаполненных либо наполненных порошками или волокнами.

  Среди термопластичных полимеров наиболее широкое применение получили полиамиды, хлорсодержащие пластмассы, полиолефины, фторсодержащие пластмассы и сопластмассы, пластмассы и сопластмассы стирола, полиакрилаты, поликарбонаты.

  К полиамидам относятся гетероцепные пластмассы, содержащие в основной цепи макромолекулы  амидные группы (-СО-NН-). Полиамиды в большинстве случаев - кристаллические вещества с резко выраженной температурой текучести. К полиамидам принадлежат широко известные нейлон, капрон и другие.

  Большая часть полиамидов перерабатывается на волокно. Из полиамидных смол получают пленку и заменители кожи, из которых, в частности, изготавливают приводные  ремни.

  Благодаря высокой твердости и износоустойчивости полиамиды нашли широкое применение при изготовлении подшипников, а  также деталей изделий, подверженных кавитации. Смазкой в таких подшипниках  является вода, однако они могут  работать и без смазки.. Из полиамидов изготавливают шестерни, мелкие детали: болты, гайки, прокладки и другое.

  Чаще  всего полиамиды перерабатывают литьем под давлением, используя  то обстоятельство, что полиамиды  плавятся в сравнительно узком интервале  температур и в расплаве имеют  сравнительно низкую вязкость. Отдельные  детали или части отливок могут  соединяться между собой склеиванием  и сваркой.

  Группа  хлорсодержащих пластмасс включает материалы на основе полимеров и сополимеров винилхлорида и винилиденхлорида, а также пентапласт. Наиболее широкое применение получили материалы на основе поливинилхлорида (ПВХ), представляющего собой полимер линейного строения (-СН₂-СНСl-)_n со степенью кристалличности до 10%. Основное количество поливинилхлорида, выпускаемого промышленностью, используется для производства пластиката и винипласта.

  Винипласт представляет собой жесткий термопластичный материал, в состав которого кроме поливинилхлорида входят наполнители, стабилизаторы, модификаторы и пластифицирующие агенты; выпускается в виде листов, стержней, труб. Винипласт обладает сравнительно высокой для пластмасс прочностью, эластичностью и малым удельным весом. Он отличается высокой химической стойкостью к различным агрессивным средам. Высокая химическая стойкость винипласта сделала его одним из самых распространенных в химической промышленности антикоррозионных материалов. Значительная по сравнению с другими термопластами механическая прочность дает возможность использовать винипласт в качестве конструкционного материала. Конструкции винипласта, как правило, легче металлических, а служат не меньше, а иногда и дольше последних.

  Пластикат - это техническое название термопластичных смесей пластифицированного поливинилхлорида, применяется для изготовления прокладок, трубок, лент.

  Под названием  полиолефины принято подразумевать группу материалов на основе высокомолекулярных соединений, образующихся при гомо- или сополимеризации олефинов. К ним относятся полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, поливинилциклогексан и другие.

  Большинство полиолефинов - кристаллические пластмассы со сравнительно высокой степенью кристалличности. По масштабу промышленного производства и разнообразию областей применения первые два места среди полиолефинов принадлежат полиэтилену и полипропилену. Это обусловлено ценными техническими свойствами этих полимеров, легкостью  их переработки в изделия, а также  наличием дешевого сырья.

  Полиэтилен (-СН₂-СН₂-)п получают в настоящее время несколькими способами: в зависимости от способа производства различают полиэтилен высокого давления (ПЭВД) и полиэтилен низкого давления (ПЭНД). ПЭНД отличается от ПЭВД большей плотностью, прочностью, жесткостью, повышенной теплостойкостью. Области применения полиэтилена и полипропилена очень разнообразны для изготовления пленок, труб, листов, изоляции, строительных деталей, емкостей, контейнеров и ряда других изделий. Благодаря нетоксичности и инертности полиэтилен широко применяется в качестве материала для небьющейся посуды.

  Фторопласты (фторлоны) - это группа пластмасс на основе полимеров различных ненасыщенных фторсодержащих соединений. Наибольшее техническое применение среди фторсодержащих полимеров получил фторопласт - 4 (фторлон - 4) - политетрафторэтилен, не содержащий никаких добавок и модификаторов. В отличие от других термопластов фторлон-4 не переходит в вязкотекучее состояние даже при температуре разложения (выше 415 °С). Это затрудняет изготовление изделий из фторлона-4 и в ряде случаев исключает возможность практического использования его в конструкциях.

  В настоящее  время промышленность выпускает  ряд плавких фторлонов, способных  заменить политетрафторэтилен. Это  фторлоны Ф-4М, Ф-40, Ф-42, Ф-3, Ф-32Л, Ф-4Н, Ф-2 и  другие. Преимущество плавких фторлонов  состоит в том, что они термопластичны и могут подвергаться многократной высокотемпературной переработке  высокопроизводительными методами. Некоторые из плавких фторлонов  обладают избирательной растворимостью в органически растворителях (Ф-42, Ф-32Л, Ф-4Н, Ф-2, Ф-2М).

  Все плавкие  фторлоны перерабатывают методами прессования, экструзии, литья под давлением  и могут быть использованы для  изготовления пленок, труб, шлангов, листов электроизоляционных и стойких  к агрессивным средам изделий.

  Полистирол  - линейный высокомолекулярный полимер, легко перерабатываемый литьем под давлением, обладает хорошими оптическими свойствами и низким фактором диэлектрических потерь при средних частотах. С другой стороны, полистирол легко подвергается действию многих растворителей, имеет низкую атмосферостойкость, характеризуется низкой теплостойкостью и высокой хрупкостью.

  Полимер стирола является одним из первых и наиболее полно изученных полимерных пластмасс. Благодаря высокой водо- и химической стойкости, хорошим  электроизоляционным свойствам, прозрачности полистирол широко применяется в технике. Получают его полимеризацией стирола, который иначе называется винилбензолом. Хотя исходный материал для получения полистирола обладает токсичными свойствами, сам полистирол совершенно безвреден для организма человека.

  Пластмассы  и сопластмассы стирола используют для изготовления пленок, нитей, пенопластов, деталей светотехнической арматуры, деталей холодильников, облицовочных листов и плиток.

  Группа  акриловых пластиков включает пластмассы и сополимеры акриловой и метакоиловой кислот и их производных. Наибольшее значение среди акриловых пластмасс имеет полиметилметакрилат, представляющий собой аморфный прозрачный полимер, обладающий высокой проницаемостью для излучения видимого и ультрафиолетового спектра. При нагревании выше температуры 120 °С полиметилметакрилат размягчается, переходит в высокоэластическое состояние и легко формуется, выше температуры 200 °С начинается заметная деполимеризация полимера.

  Промышленностью полиметилметакрилат поставляется, главным образом в виде листового  органического стекла.

  Достаточно  широкое применение получили сопластмассы метилметакрилата с акрилонитрилом. По сравнению с полиметилметакрилатом эти сопластмассы обладают более высокой твердостью и прочностью, применяются главным образом для изготовления безосколочного ударопрочного органического стекла для автобусов и различных сооружений.

  К поликарбонатам относятся сложные полиэфиры  угольной кислоты с общей формулой (-О-R-О-СО-)_n. Промышленное применение нашел, главным образом поликарбонат на основе бисфенола А, благодаря доступности и дешевизне исходного сырья. Это оптически прозрачный материал, обладающий хорошими прочностными свойствами, высокой теплостойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами.

  Поликарбонат  характеризуется более высокой  вязкостью расплава, чем другие термопласты, однако может перерабатываться всеми  широко распространенными методами. Благодаря низкой склонности полимера к ползучести изделия из поликарбоната  характеризуются высокой стабильностью  размеров.

  По  масштабу промышленного производства и разнообразию областей применения одно из первых мест среди термопластичных  полимерных материалов занимают пленки. Наибольшее распространение получили пленки из полиамидов, поливинилхлорида, полиолефинов, полистирола, поливинилиденхлорида, полиэтилентерефталата, поливинилового спирта, фторлонов.

  Полимерные  пленки находят широкое применение в качестве упаковочных, электроизоляционных, кинофотоматериалов, декоративно-отделочных материалов, для сооружения искусственных  водоемов, каналов, парниковых крыш, теплиц.