Пластмаси

Пластичними масами (пластмасами) називаються матеріали, які одержуються на основі природних або синтетичних полімерів (смол). Із них під впливом нагрівання і тиску можна виготовляти вироби складної конфігурації, які добре зберігають надану форму і розміри після припинення термомеханічного впливу.

Властивості пластмас визначаються фізико-механічними властивостями їх основи - смол.

Перші пластмаси (наприклад, целулоїд) були одержані з природних полімерів. Першою повністю синтетичною пластмасою став бакеліт, створений у 1907 році американським хіміком Лео Бакеланом.

Основу пластмас складають полімери (смоли, частіше - синтетичні, рідше - ефіри, целюлоза) - зв’язуючі речовини, які визначають основні властивості пластмас.

За складом розрізняють прості і складні пластмаси. До простих відносяться пластмаси, які складаються лише із полімеру (поліетилен, органічне скло тощо).

До складних пластмас, окрім полімеру, входять різноманітні добавки - наповнювачі, пластифікатори, стабілізатори, затверджувані.

За типом наповнювача пластмаси класифікують таким чином: порошкові (серед наповнювачів - органічні або неорганічні речовини У вигляді порошків: дерев’яне або кварцове борошно, графіт, тальк та ін.); волоконні (наповнювачі - бавовняні очоси, скловолокно); листові (серед наповнювачів - папір, бавовняні або склотканини, дерев’яний шпон); крихтоподібні (наповнювачі -шматочки тканини, дерев’яного шпону тощо); газонаповнені (наповнювачами слугує повітря або нейтральні гази, що сприяють утворенню замкнуто-пористої структури (пінопласти) або сполучених пор (поропласти)). Наповнювачі підвищують міцність, зносостійкість, теплостійкість і інші властивості пластмас і можуть складати 40-80% їх об’єму.

Пластифікаторами називають малолеткі речовини (гліцерин, касторове або парафінове масло, камфора тощо), які вводяться до складу пластмас з метою підвищення їх пластичності й еластичності.

До добавок відносяться:

• стабілізатори речовини, які уповільнюють руйнування пластмаси при дії тепла, світла та інших чинників (сажа, сірчані з’єднання, феноли);

• змазки, які полегшують процес пресування пластмас (віск, стеарин, олеїнова кислота);

• барвники охра, крон,родамін;

• затверджувані вводяться для «зшивання» макромолекул, яке перетворює лінійну структуру полімеру в тримірну.

/(ля скорочення часу затвердіння вводяться каталізатори (вапно, окис магнію та ін.).

У залежності від поведінки при нагріванні пластмаси поділяються на термопластичні і термореактивні.

Термопластичні пластмаси (термопласти) при нагріванні

розм’якшуються, переходять у в’язкотекучий стан, а при охолодженні тверднуть. Основу термоиластів складають полімери, які мають лінійну або розгалужену структуру. При тепловому впливі термопласти не зазнають хімічних перетворень і не втрачають здатності до повторної переробки.

До термоплаетів відносяться: целулоїд, органічне скло, полістирол, поліетилен, поліпропілен, вініпласт, фторопласт, капрон і ін. Як правило, термопласти це прості пластмаси, хоча інколи до них додають пластифікатори.

Охарактеризуємо деякі види термоиластів.

Поліс т и л о н продукт полімеризації газу етилену. Це дуже дешевий легкий водостійкий матеріал, який мас досить хорошу міцність, зберігає отриману у процесі обробки форму до І 60 (’, морозостійкий (до -60 (’), добрий діелектрик. Використовується в основному для ізоляції проводів і кабелів, для виготовлення плівок, ємностей і труб для агресивних рідин.

Поліс т и р о л твердий аморфний продукт полімеризації стиролу. Випускається промисловістю у вигляді листів, стержнів, блоків порошку. Хороший діелектрик, широко використовується як електроізоляційний матеріал для високочастотної техніки.

У процесі використання полістиролу для виготовлення виробів у шкільних майстернях варто мати на увазі те, що він легко ріжеться ручними різальними інструментами і склеюється. Проте працювати з ним потрібно обережно, оскільки він дуже крихкий і легко ламається. Клей для склеювання виробів із полістиролу готують, розчиняючи полістирол у стиролі.

Ф т о р о п л а с т кристалічний полімер, який має високу хімічну стійкість щодо кислот, розчинів лугів, органічних розчинників. Він мас найвищу морозостійкість (до -195 (’), мас хороші антифрикційні властивості. Із фторопласту виготовляють труби, шланги, насоси. Окрім

того його використовують як діелектрик, антифрикційний матеріал, захисне покриття металів.

II о л і м е т и л м е т а к р и л а т (органічне скло) прозорий безколірний аморфний матеріал. Випускають оргскло у виглядів листів завтовшки від 0,8 до 24 мм. Цей матеріал дужо широко використовується в авіації, світлотехніці тощо.

Ка н роп тверда високонлавка смола з дуже вели кою стій кістю до лугів, бензину, спирту та інших речовин. З капрону виготовляють підшипники ковзання, зубчаті колеса, втулки, плівки, волокна.

II е п л о н синтетичне волокно з групи поліамідів. Нейлон було розроблено фірмою Du l'ont (1925 рік) у процесі пошуку матеріалу, близького за якістю до шовку. А в 1939 році, на всесвітній виставці

в •

в Нью-Йорку, з’явилася назва цього волокна «Nylon» (за першими літерами назви New-York).

Капронові волокна в (’ПІД називають найлон (нейлон).

За минулі з тих пір десятиліття нейлон знайшов щонайширше застосування в різних галузях, зокрема, в електротехніці (за рахунок електроізоляційних властивостей). Нейлонові нитки використовуються у складі різної пряжі для поліпшення її споживчих я костей.

Деякі типи нейлону завдяки його міцності використовують при виготовлені частин машин і механізмів. На них не впливають високі температури і різні хімічні реагенти. Схему виробництва нейлону подано на рис. 47.

Термореактивні пластмаси (реактопласти) при нагріванні спочатку розм’якшуються, а потім при певній температурі переходять у твердий, нерозплавлюваний і нерозчинний стан. Полімери при цьому зазнають хімічних змін і втрачають здатність до повторної переробки. Термореактивні пластмаси відносяться до складних: до їх складу входять наповнювачі, затверджувачі та ін. До реактопластів відносяться пластмаси на основі фенолоформальдегідної, поліефірної та інших смол.

Реактопласти підрозділяються на прес-порошки, компаунди, волокніти і шаруваті пластики.

Прес-порошки одержують на основі фенолоформальдегідних смол - фенопласти (карболіти); на основі карбамідних смол - аміни. Наповнювачами слугують: мелений тальк, цемент, деревинне борошно. Прес-порошки використовуються для виготовлення електроізоляційних матеріалів, побутових виробів.

Компаунди одержують на основі кремнійорганічних полімерів із застосуванням наповнювачів (кварцового порошку, азбесту тощо). Компаунди характеризуються хорошими електроізоляційними властивостями, підвищеною теплостійкістю.

Волокніти виготовляються на основі фенолоформальдегідних смол із застосуванням наповнювача з бавовняних очосів; вирізняються: азбоволокніти (наповнювач - азбестове волокно) та скловолокні т и (наповнювач - скловолокно).

Волокніти мають високу ударну в’язкість у порівнянні із прес-порошками і використовуються для виготовлення шківів, маховиків, деталей гальмівних пристроїв.

Серед конструкційних шаруватих термореактивних матеріалів необхідно виокремити найуживаніші: гетинакс, текстоліт, склотекстоліт.

Гетинакс - дешевий електроізоляційний матеріал, який виготовляється на основі фенолоформальдегідних і карбамідних смол із використанням як наповнювачів різних сортів паперу. Застосовують гетинакси в електротехніці як лицювальний декоративний матеріал.

Текстоліти одержують шляхом пресування укладеної правильними шарами бавовняної тканини, яка просочена фенолоформальдегід-ними смолами. Вони масло-, бензо-, водостійкі і мають хороші фізико-механічні властивості. Широко застосовуються в машинобудуванні для виготовлення прокладок, шестерень, вкладишів підшипників, різноманітних деталей в електро- і радіотехніці.

Склотекстоліт - пластмаса, в якій за наповнювача слугує склотканина. Цей матеріал має велику теплостійкість і морозостійкість, електроізоляційні властивості. Із склотекстоліту виготовляють великогабаритні вироби.

Широке застосування пластмас у машинобудуванні, приладобудуванні. З них виготовляють предмети побуту, спортивний інвентар тощо (рис. 48). Це стало можливим завдяки наявності у них специфічних властивостей. До них належать:

• мала щільність (для більшості пластмас - 0,9 -1,8 г/см^:< ), що дозволяє значно зменшити масу деталей та обладнання;

• висока корозійна стійкість;

• високі електроізоляційні характеристики;

• хороші антифрикційні властивості багатьох видів пластмас уможливлюють успішне застосування їх для виготовлення підшипників ковзання;

• високий коефіцієнт тертя деяких пластмас дозволяє використовувати їх для виготовлення деталей гальмівних пристроїв;

• висока прозорість та інші оптичні властивості окремих пластмас;

• великий діапазон твердості й еластичності;

• можливість переробки на вироби продуктивнішими способами -литтям, видавлюванням тощо з коефіцієнтом використання матеріалу

0,90-0,95.

Натомість при доборі пластмас для виготовлення різноманітних виробів необхідно враховувати, що для них характерно:

• мала міцність, жорсткість і твердість;

• велика повзучість, особливо у термопластів;

• низька теплостійкість: для більшості пластмас робоча температура становить від -60 до +200°С;

• низька теплопровідність (у 500 - 600 разів менша, ніж у металів), що утруднює відведення тепла у вузлах тертя (наприклад, у підшипниках ковзання);

• старіння - втрата властивостей під дією тепла, світла, води та інших чинників.

Вироби із пластмас у в’язкотекучому стані виготовляють: гарячим пресуванням, пресуванням листів і плит, литтям під тиском, видавлюванням.

Пляшки та інші предмети, призначені для рідини або сипучих речовин, виготовляють із пластмаси методом роздування (рис. 49).

Гарячу пластмасу поміщають у форму, а потім нагнітають у неї повітря. Під дією повітря пластмаса притискається до стінок і набуває потрібної форми.

Методом видавлювання одержують пластмасові листи. Нагріте до стану однорідної маси пластмасове кришиво під дією механічного шнека проштовхується в спеціальну головку (рис. 50).

Пластмаси і довкілля. Одна з найкорисніших властивостей пластмас - це стійкість до хімічного впливу. Але ця властивість пластмас викликає певні труднощі з їх утилізацією. На відміну від целюлози, натуральних волокон та інших природних полімерів, пластмаси не піддаються бактеріальному розкладанню. Бактерії, що перетворюють натуральні речовини на компост, не здатні розкласти пластмаси. Саме з цієї причини пластмаси часто нагромаджуються на смітниках. Учені працюють над створенням пластмас, які б піддавалися бактеріальному розкладанню. Такі матеріали створюють на основі полімерів рослинного походження. Також розробляються методи вторинного використання пластмас, що дозволить зменшити відходи

ЗАПИТАННЯ

1. Що називають пластмасами?

2. Які пластмаси відносяться до простих, а які до складних?

3. Як класифікуються пластмаси за типом наповнювача?

4. Яка різниця у будові простих і складних пластмас?

5.Які пластмаси називаються термопластичними? Охарак теризуйте їх особливості.

6. Які пластмаси називаються термореактивними? Наведіть приклади термореактивних пластмас.

7. Охарактеризуйте основні властивості пластмас.

Це матеріал з підручника Трудове навчання 8 клас Мадзигон