UA-75651220-1

Загальні відомості про пластмаси

До неметалевих матеріалів належать пластмаси, деревина, гума, скло, клеї, герметики, лакофарбові покриття й ін. Частка неметалевих матеріалів у сучасних конструкціях невпинно зростає через зменшення в них частки металів. Найпоширенішими серед неметалевих матеріалів є пластмаси.

Пластичною масою (пластмасою) називають матеріал, основою якого є полімер, що перебуває під час формування виробу у в’язкорідкому чи високоеластичному стані, а під час експлуатації - у склоподібному чи кристалічному стані.

Сировиною, з якої отримують синтетичні високомолекулярні матеріали, є нафта, природний газ, кам’яне вугілля, сланці. Основні позитивні властивості пластмас: простота виготовлення з них виробів, низька густина, значна стійкість проти агресивних середовищ, добрі діелектричні й теплоізоляційні властивості, а також задовільні міцність і жорсткість. Залежно від кількості компонентів пластмаси поділяють на однокомпонентні та композитні.

Однокомпонентні пластмаси складаються з одного компонента - високомолекулярної сполуки (наприклад, поліетилену, поліпропілену, полівінілхлориду, полістиролу тощо).

Композитні (складні) пластмаси, крім високомолекулярної сполуки, містять ще й інші компоненти (зміцнювальні, пластифікатори, мастильні речовини, каталізатори, барвники, стабілізатори, антипірени, антистатики, пороутворювачі) сумарною кількістю 20-80 % за обсягом.

Високомолекулярні сполуки в полімерних композитних матеріалах виконують роль матриці, тобто зв’язувальної речовини, яку отримують унаслідок реакції полімеризації або поліконденсації.

Полімеризація - утворення високомолекулярної сполуки (полімеру) із низькомолекулярних сполук (мономерів), під час якого не виділяються побічні продукти реакції. Прикладом реакції полімеризації може бути утворення твердої високомолекулярної речовини поліетилену (-СН2-СН2-)n з n-ї кількості молекул мономера у вигляді газу етилену СН2 = СН2 при підвищених тиску й температурі:
nСН2 = СН2 (-СН2-СН2-)n.
Зміцнювальні компоненти (наповнювачі) - органічні й неорганічні речовини у вигляді порошків, волокон або листів, що додаються для підвищення міцності, жорсткості, теплостійкості, зменшення усадки, а також зниження вартості пластмаси.

Пластифікатори підвищують пластичність і полегшують переробку пластмас у вироби. Водночас пластифікатори зменшують міцність і жорсткість пластмаси. До них належать малолеткі органічні речовини типу гліцерину та касторової олії, які проникають у пластмасу, зменшуючи взаємодію між молекулами.

Мастильні речовини (стеарин, олеїнова кислота та ін.) усувають прилипання матеріалу до прес-форми та збільшують його плинність, зменшуючи тертя між частинками композиції.

Каталізатори (уротропін, оксиди металів) прискорюють твердіння пластмаси.

Барвники (пігменти, природні лаки) надають пластмасовим виробам естетичного вигляду.

Стабілізатори (нафталін, сажа, антрацен) - речовини, що сповільнюють атмосферне старіння пластмас під дією світла, теплоти, кисню й озону. Старіння супроводжується поступовою зміною структури й погіршенням властивостей матеріалу.

Антипірени (ізоціаніти, сполуки стибію) зменшують горючість полімерів.

Антистатики перешкоджають виникненню й накопиченню статичного електричного заряду у виробах з полімерних матеріалів.

Види компонентів та їх кількісне співвідношення впливають на властивості пластмас.

Пороутворювачі - речовини, які розпадаються під час нагрівання, виділяючи гази, що спінюють смолу, внаслідок чого утворюється пориста структура в поро- та пінопластах. Залежно від поведінки під час нагрівання та твердіння пластмаси поділяють на термопластичні й термореактивні (рис. 1.4.6).
Рис. 1.4.6. Класифікація пластмас відносно нагріву
Отже, молекули мономера послідовно з’єднуються між собою, утворюючи довгі ланцюгові макромолекули нової речовини такого самого складу, як і мономер. Знак «-» означає ковалентний зв’язок, при якому два електрони стають спільними для сусідніх атомів. Утворений полімер за своїми властивостями істотно відрізняється від мономера. Кількість молекул мономера в одній макромолекулі полімеру становить 103-105.

Поліконденсація - утворення високомолекулярної сполуки (полімеру) із низькомолекулярних сполук (мономерів), яке супроводжується здебільшого виділенням побічних речовин (Н2О, НСl, NN3 та ін.). Унаслідок поліконденсації, наприклад, утворюється смола з фенолу і формальдегіду.