Теоретические основы

Пластмассы - материалы на основе природных, синтетических или органических полимеров, из которых можно после нагрева и приложения давления формовать изделия сложной конфигурации, т.е. эти материалы под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять после охлаждения или отвердения заданную форму. Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное состояние.

Полимеры - это высокомолекулярные соединения, состоящие из длинных молекул с большим количеством одинаковых группировок атомов, соединенных химическими связями.

Переработка пластмасс - это совокупность технологических процессов, обеспечивающих получение изделий - деталей с заданными конфигурацией, точностью и эксплуатационными свойствами.

2. Сырьё

Пластические массы (пластмассы,пластики)- конструкционные материалы на основе полимеров ,способные приобретать требуемую форму при нагревании под давлением и устойчиво сохранять ее после охлаждения.

Пластмассы имеют ряд ценных свойств: высокую элект­роизоляционную и химическую стойкость, малую звуко- и теплопроводность, хорошую водо-, морозо- и свето­стойкость. Большинство пластмасс стойко к различным минеральным маслам и бензину. Они об­ладают высоким сопротивлением истиранию, хорошо работают в условиях вибрационных нагрузок, имеют высокую механическую прочность. Пластмассы хорошо обрабатываются и способны легко соединяться с металлами, тканями, древесиной. Коэффициент тре­ния пластмасс зависит от их состава. Пластмассы с асбестовым наполнителем (асботекстолит) являются фрикционными материалами, а пластмассы с наполни­телем в виде хлопчатобумажной ткани (текстолит) или древесного шпона, а также целый ряд чистых смол яв­ляются антифрикционными материалами.

Средняя плотность пластмасс колеблется в широком диапазоне — от 15 до 2200 кг/м3. Пластмассы, как правило, имеют высокую прочность как при сжатии, так и при растяжении и изгибе. Предел прочности при сжатии и растяжении наиболее высокопрочных пластмасс (стеклопластиков, древеснослоистых пластиков и др.) достигает 300 МПа и более. В отличие от металлов и ряда других материалов твердость пластмасс не дает представления об их прочности. Даже для таких наиболее твердых пластмасс, как текстолиты (наполнитель— хлопчатобумажная ткань), твердость примерно в 10 раз меньше, чем стали. Несмотря на невысокую твердость, пластмассы (особенно эластичные) обладают низкой истираемостью, что и позволяет широко использовать их для покрытия полов. Истираемость, например, безосновного однослойного поливинилхлоридного линолеума 0,06, многослойного 0,035 г/см2, т. е. примерно такая же, как истираемость гранита (0,025—0,13 г/см ). Сопротивление пластмасс ударным воздействиям, определяемое отношением ударной энергии на разрушение к площади поперечного сечения -образца, достигает высоких значений для плотных пластмасс (50—150 кДж/м2) и может резко снижаться по мере увеличения их пористости. Теплопроводность плотных пластмасс без наполнителя 0,116—0,348 Вт/(м-°С). Для пористых пластмасс она приближается к теплопроводности воздуха и составляет 0,028—0,0348 Вт/(м-°С). .Введение минеральных наполнителей увеличивает теплопроводность пластмасс. Теплозащитные свойства пластмасс открывают возможность их широкого применения в ограждающих конструкциях зданий. Температура начала плавления большинства термопластичных полимеров 105—165° С. Теплостойкость пластмасс, характеризуемая температурой, при которой наблюдается предельно возможная деформация, находится обычно в диапазоне 60—180° С. Многие ненаполненные пластмассы обладают высокой прозрачностью. Наиболее распространенное органическое стекло — полиметилметакрилат пропускает до 94% лучей видимой части спектра и 73,5% ультрафиолетовых лучей, в то время как обычное силикатное стекло соответственно 84— 87% и 0,3-0,6%. Полимерные материалы, как правило, хорошие диэлектрики. Степень электризации может достигать 65 В/см².

Все эти свойства пластмасс делают их весьма цен­ным конструкционным материалом.

Классификация пластмасс

В основу классификации пластмасс положены их физико-механические свойства, состав и отношение к нагреванию.

По физико-механическим свойствам все пластмассы разделяют на пластики и эластики.

Пластики бывают жесткие, полужесткие и мягкие.

Жесткие пластики — твердые упругие материалы аморфной структуры с высоким модулем упругости (свыше 1000 МПа) и малым удлинением при разрыве, сохраняющие свою форму при внешних напряжениях в условиях нормальной или повышенной температуры.

Полужесткие пластики — твердые упругие материалы кристаллической структуры со средним модулем упругости (выше 400 МПа), высоким относительным и остаточным удлинением при разрыве, причем остаточное удлинение обратимо и полностью исчезает при температуре плавления кристаллов.

Мягкие пластики — мягкие и эластичные материалы с низким модулем упругости (не выше 20 МПа), высоким относительным удлинением и малым остаточным удлинением, причем обратимая деформация исчезает при нормальной температуре с замедленной скоростью.

Эластики — мягкие и эластичные материалы с низким модулем упругости (ниже 20 МПа), поддающиеся значительным деформациям при растяжении, причем вся деформация или большая ее часть исчезает при нормальной температуре с большой скоростью (практически мгновенно).

Пластмассы по своему составу бывают простыми и сложными. Простые пластмассы состоят только из полимеров или иногда с добавкой пластификатора или красителя. Сложные пластмассы содержат и другие компоненты: связующие вещества, наполнители, пластификаторы, смазывающие вещества, ста­билизаторы, красители, катализаторы или ускорители и газообразователи.

Связующее вещество – это полимерная основа пластмасс, которая определяет основные свойства пластмасс. При изготовлении пластмасс наи­более широко применяют искусственные смолы — про­дукты переработки каменного угля, нефти и других ма­териалов. Ес­тественные смолы (янтарь, шеллак) и продукты перера­ботки естественных материалов (асфальт, канифоль и др.) применяются значительно реже.

Наполнители придают пластмассам определенные физико-механические свойства и во многих случаях уде­шевляют стоимость пластмассовых деталей. B качестве наполнителей используются органические вещества: древесная мука, древесный шпон, бумага, ткани, хлопковые очесы, стружка, опилки и пр., а также минеральные вещества: кварцевая мука, тальк, каолин, асбест, стекловолокно, стеклоткань и пр.

Пластификаторы придают материалу повышенную пластичность, в результате чего облегчается формование изделий, уменьшается их хрупкость, особенно при низких температурах, увеличиваются гибкость и эластичность. В качестве их использу­ются дибутилфталат (C₆H₄(COOC₄H₉)₂ — дибутиловый эфир фталевой кислоты, бесцветная маслянистая жидкость), трикрезилфосфат ((СН₃С₆Н₄О)₃РО, прозрачная маслянистая жидкость), камфора (бесцветные легколетучие кристаллы с характерным запахом; плохо растворима в воде, хорошо — в малополярных органических растворителях, в том числе в спиртах, распространена в природе, входит в состав многих эфирных масел) и т. п.

Смазывающие вещества предотвращают прилипание изготовленного изделия к форме. К ним относятся сте­арин, воск и т. п.

Стабилизаторы замедляют процесс старения пластмасс, но не влияют на их первоначальные свойства. Стабилизаторами служат неорганические (вода, фосфаты) и органические (ами­нокислоты) вещества.

Катализаторы или отверждающие вещества (известь, окись магния) сокращают время отвердевания пластмасс.

Красители (нигрозин, мумия и др.) придают пластмассам требуемую окраску.

Газообразователивводятся в состав пластмасс с целью образования в них пор, обеспечивающих уменьшение плотность и повышения теплоизолирующих свойств.

По отношению к нагреванию пластмассы делят на термопластичные и термореактивные.

Термореактивными называются пластмассы, которые под действием температуры и давления претерпевают существенные химические изменения и переходят в не­плавкие и практически нерастворимые продукты, при­чем процесс необратим. Готовые изделия, полученные из термореактивных пластмасс, не требуют охлаждения при извлечении их из прессоформы и не поддаются пов­торному формованию.

К важнейшим представителям термореактивных пласт­масс относятся фенопласты и аминопласты.

Фенопласты. Фенопласты представляют собой композицию, состоящую из фенолальдегидной смолы и на­полнителя. Изделия из фенопластов отличаются высо­кой стабильностью свойств; они хорошо противостоят воздействию повышенной температуры, воды, органиче­ских растворителей, слабых растворов щелочей и кис­лот, обладают диэлектрическими свойствами. Недоста­ток фенопластов — малая дугостойкость. В зависимости от наполнителя различают пресспорошки, волокнит и слоистые пластики.

Пресспорошкив качестве наполнителя имеют дре­весную муку, микроасбест, каолин и др.

Волокнит — прессматериал, наполненный хлопковы­ми очесами, имеет светло-коричневый или черный цвет, применяется для низковольтных электроизоляционных деталей; прессматериал К-6 (наполнитель асбест) и стекловолокнит (наполнитель стекловолокно) применя­ются для изделий с повышенной механической проч­ностью и нагревостойкостью, в частности для корпусной изоляции коллекторов электрических машин.

Слоистые пластмассы. Слоистые пластики на основе фенол альдегидных смол обладают высокой прочностью. К слоистым пластикам относятся гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, асботекстолит.

Гетинакс — слоистый прессованный материал, состоящий из двух или более слоев бумаги, пропитанных смолами. Используется гетинакс как электроизоляцион­ный материал.

Текстолит— слоистый прессованный материал из хлопчатобумажной ткани, пропитанной смолой; приме­няется для изготовления деталей, работающих под нагрузкой (шестерни, втулки, кольца), в качестве антифрикционного материала для изготовления подшипни­ков скольжения, работающих в различных, часто в очень тяжелых условиях, а также для деталей электро­оборудования (электрощитки, панели, клеммы).

Стеклотекстолит — слоистый прессованный ма­териал, состоит из стеклянной ткани, уложенной пра­вильными слоями, и смолы; обладает высокой проч­ностью на растяжение в пределах 250—300 МН/м² (2500—ЗООО кгс/см²), высокими диэлектрическими свой­ствами, термо- и водостойкостью. Стеклотекстолит вы­пускается в виде листов и плит толщиной от 0,6 до 30 мм. Применяется для изготовления упругих мембран, работающих в керосине, и как электроизоляционный материал.

Асботекстолит — прессованный слоистый плас­тический материал^- из специальной асбестовой ткани, уложенной правильными слоями и пропитанной спирто­вым раствором фенол-формальдегидной смолы. Применяется как прокладочный материал, работающий в усло­виях повышенной температуры, и для изготовления тор­мозных устройств й деталей механизмов сцепления.

Аминопласты — прессовочные порош­ки, изготовляемые из мочевино-формальдегидных смол и сульфатной целлюлозы (наполнитель), красителей и смазки. Они способны окрашиваться в любой цвет, свето- и цветостойки, не имеют запаха, обладают высокой дугостойкостью, поэтому применяются для изготовления различных выключателей.

Термопластичными называются пластмассы, которые при нагревании становятся пластичными и затвердевают при охлаждении, не претерпевая при этом химичес­ких изменений, причем этот процесс может быть повто­рен неоднократно.

К термопластичным пластмассам на основе полимеризационных смол относятся: полиэтилен, полистирол и др. Обычно они выпускаются как простые пластмассы (без наполни­теля).

Полиэтилен — бесцветный роговидный продукт, жир­ный на ощупь, морозостоек (—60 —65°С), горюч, хорошо сохраняет форму даже при температуре +60°C, ме­ханически прочен, обладает высокими диэлектрическими свойствами, является самой легкой и наиболее водостойкой пластмассой. Химические свойства: Полиэтилен обладает низкой паро и газопроницаемостью. Химическая стойкость зависит от молекулярной массы и плотности. Полиэтилен не реагирует со щелочами любой концентрации, с растворами любых солей, карбоновыми, концентрированной соляной и плавиковой кислотами. Устойчивый к кислотам, щелокам, растворителям, алкоголю, бензину, воде, овощным сокам, маслу. Он разрушается 50%-ной HNO₃, а также жидкими и газообразными Cl₂ и F₂. Физические свойства:эластичный, жесткий – до мягкого, в зависимости от веса изделия устойчивый к низким температурам до -70°С, ударостойкий, не ломающийся, с хорошими диэлектрическими свойствами, с небольшой поглотительной способностью. физиологически нейтральный, без запаха. Полиэтилен низкой плотности (0,92 – 0,94 г/см³⁾ – мягкий; полиэтилен высокой плотности (0,941 – 0,96 г/см³) — твердый, очень жесткий.