Пластическими массами в технике называют материалы, которые на определенной стадии своего производства обладают пластическими свойствами и в этих условиях могут быть отформованы в изделия необходимой формы.
В соответствии с типом применяемой смолы пластмассы могут быть термореактивными и термопластичными.
К термореактивным относятся такие пластические массы, которые при нагревании необратимо переходят в неплавкое и нерастворимое состояние (аминопласты, фенопласты, мочевино-формальдегидные смолы и т. п.).
К термопластичным относятся такие пластические массы, свойства которых при нагревании меняются обратимо. При нагревании они размягчаются, при охлаждении вновь затвердевают.
К таким пластмассам относятся: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, фторопласты, полиамиды и т. д.
Ниже приводятся свойства и методы переработки термопластичных пластмасс, а в приложении I даны их технические характеристики.
А. ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Полиэтилен
Полиэтилен относится к классу полиолефинов.
Полиэтилен получается в результате реакций полимеризации газа этилена, который содержится в природном газе, или при крекинге нефти.
Процесс получения полиэтилена ведется двумя путями:
при высоком давлении (1200—1400 атм) и высокой температуре (200° С);
при низком давлении (1—2 атм) и низкой температуре (60° С).
В первом случае получается полиэтилен высокого давления, во втором — полиэтилен низкого давления.
Полиэтилен высокого давления эластичен, имеет воскообразную поверхность, легко режется ножом.
Полиэтилен низкого давления более твердый и обладает большей механической прочностью.
Основные параметры полиэтилена приведены в табл. 1.
Полиэтилен с меньшим удельным весом называют полиэтиленом низкой плотности, полиэтилен с большим удельным весом — высокой плотности.
Полиэтилен высокой плотности обладает высокой химической стойкостью к кислотам, щелочам, растворам солей и различным органическим жидкостям. Полиэтилен низкой плотности набухает в жирах и маслах до растрескивания.
Таблица 1
Физико-механические и электрические свойства полиэтилена
Полиэтилен влагонепроницаем.
Существенный недостаток полиэтилена — его горючесть. Полиэтилен горит синим пламенем, расплавляясь и стекая горящими каплями. Устранить этот недостаток можно непосредственным хлорированием полиэтилена или вводом в него негорючих добавок (трехокиси сурьмы Sb2О3 и хлорированного парафина).
Другой недостаток его — нестойкость к ультрафиолетовым лучам. Под действием лучей полиэтилен желтеет, становится хрупким, теряет свою прочность. Для защиты полиэтилена от воздействия этих лучей в пего вводится канальная сажа (20%).
Полиэтилен легко перерабатывается в изделия на любом оборудовании для пластических масс. Он легко прессуется, наплавляется на другие материалы, выдувается в виде полых изделий, перерабатывается литьем под давлением, легко окрашивается красителями в любые цвета.
Поливинилхлорид
Поливинилхлорид относится к классу галоидопроизводных полиолефинов.
Поливинилхлоридная смола получается путем полимеризации хлористого винила и представляет собой белый, порошок.
Поливинилхлорид применяется в виде винипласта—непластифицированной или слабо пластифицированной смолы, получаемой путем термической пластификации поливинилхлоридной смолы, и пластиката пластичного материала, получаемого вальцеванием смолы с пластификаторами и стабилизаторами.
Введение в поливинилхлоридную смолу пластификаторов (дибутилфталата, диоктилфталата и т. п.) придает смоле эластичность, однако снижает механическую прочность и химическую стойкость пластиката (табл. 2).
Винипласт и пластикат стойки к действию слабых кислот и щелочей, солей, озона и хлора, бензина, масел, спиртов, но не устойчивы к действию ароматических и хлорированных углеродов.
К достоинствам винипласта и пластиката относятся атмосферостойкость, водостойкость, дугостойкость и негорючесть (самозатухание после удаления пламени). Однако область применения этих материалов ограничивается теплостойкостью (+ 60°С). Винипласт и пластикат хорошо прессуются, штампуются, перерабатываются литьем под давлением и вакуум-формованием.
Таблица 2
Основные свойства винипласта и пластиката
Введение стабилизаторов (соединения свинца, бария, кадмия) придает композиции светостойкость, а также стабильность при температурах переработки.
Поливинилхлоридную смолу широко применяют также при изготовлении клеев и лаков, для чего ее дополнительно хлорируют.
Поливинилхлоридная смола хорошо растворяется в ацетоне, хлорбензоле, толуоле и дихлорэтане, легко перерабатывается на прессовом оборудовании для пластмасс.
Фторопласт-4
Фторопласт-4 относится к классу галоидопроизводных полиолефинов.
Фторопласт-4 является полимером тетрафторэтилена, т. е. полностью фторированного полиэтилена, и представляет собой волокнистый тонкоизмельченный белый порошок.
Для получения изделий из фторопласта-4 порошок таблетируют при давлении 300— 350 кГ/см2 с последующим спеканием при температуре 327±10°. В изделиях фторопласт-4 представляет собой белую массу с жирной скользкой поверхностью, напоминающую парафин.
Физико-механические и электрические показатели фторопласта-4
Важнейшие достоинства фторопласта-4 — его негорючесть, а также стойкость к химическому воздействию, которая превышает даже стойкость золота, платины, стекла, фарфора и эмали.
Наиболее агрессивные химические вещества — крепкие и разбавленные кислоты, концентрированные растворы щелочей, самые сильные окислители — не оказывают на фторопласт-4 никакого действия даже при высоких температурах.
Фторопласт-4 не смачивается водой и не набухает в ней. При длительном пребывании фторопласта-4 в воде не обнаруживается никакого увеличения веса образца. Не известен ни один растворитель, в котором фторопласт-4 хотя бы набухал.
Недостатком фторопласта-4 является его текучесть на холоде под действием механических нагрузок (псевдотечение).
Фторопласт-4 нашел широкое применение в виде тонкодисперсного порошка и суспензий (фторопласт-4Д).
Суспензия фторопласта-4Д применяется при разделительных электроизоляционных, антифрикционных покрытиях на различных металлах. Для получения прочных покрытий суспензия наносится не менее чем в 10 слоев, причем каждый слой подвергается спеканию при 340—360° С.
Капрон
Капрон (поликапролактам) является самым распространенным представителем полиамидов. Исходным сырьем для получения капрона служит фенол или бензол, которые являются продуктами переработки каменного угля.
Физико-механические свойства капрона
Капрон обладает высокой прочностью на разрыв, изгиб и растяжение, а также высокой стойкостью к истиранию; он может заменять металлические конструкции, намного облегчая их.
Существенным недостатком капрона является его водопоглощение, которое достигает 8—10%.
Ранее капрон применялся исключительно для получения волокна, которое нашло широкое применение во многих отраслях промышленности. В настоящее время область применения капрона намного расширилась: он обладает прекрасными литьевыми качествами и легко перерабатывается.
Полипропилен
Полипропилен относится к классу полиолефинов. Он получается при полимеризации газа пропилена, который входит в состав природного газа, или при пиролизе нефтяных продуктов.
Процесс полимеризации пропилена аналогичен процессу полимеризации этилена при низком давлении.
Продукт, получаемый в результате этой реакции, имеет кристаллическое строение.
Физико-механические и электрические свойства полипропилена
К достоинствам полипропилена относится его более высокая механическая прочность и теплостойкость по сравнению с полиэтиленом; он является очень хорошим диэлектриком. Влажность окружающей среды совсем не сказывается на его диэлектрических свойствах.
К недостаткам полипропилена относятся его низкая морозостойкость (—35° С) и горючесть.
Из полипропилена изготовляют трубы, применяемые при электромонтажных работах (см. табл. 13).
