Пластмассы, их классификация и применение в пожарной технике.

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Пластмассами называют органические материалы на основе высокомолекулярных веществ, способные при нагреве размягчаться и под давлением принимать определенную устойчивую форму. В большинстве своем это сложное многокомпонентные композиции. В более полном виде пластмассы состоят из полимера (связующего), наполнителя, пластификатора, красителя, стабилизатора, отвердителя, катализатора, смазывающего вещества.

Вводимые добавки придают пластмассам необходимые свойства. Так, наполнители, призваны, в основном, улучшать физико-механические свойства. Поскольку они дешевле высокомолекулярных веществ, то снижают стоимость пластмасс. Такие наполнители как сажа, графит, кроме прочности, повышают тепло и электропроводность материалов. В качестве наполнителей(40-70% по массе) могут применяться – кварцевая мука, асбестовое волокно, ткани, бумага и т.д.

Пластификаторы (стеарин, олеиновая кислота, дибутилфталат и др.) придают материалу пластичность и эластичность, облегчают переработку в изделия. Для этой цели используются низкомолекулярные высококипящие малолетучие жидкости, например, сложные эфиры фталевой, фосфорной кислоты или твердые низкомолекулярные каучукоподобные и воскоподобные смолы.

Стабилизаторы придают устойчивость к химическому разрушению высокомолекулярной основы под воздействием света, тепла, кислорода, влаги, механического воздействия.

Отвердители (амины) и к атализаторы (перекисные соединения) в количестве нескольких процентов вводят в пластмассы для отверждения, т.е. создания межмолекулярных связей и встраивания молекул отвердителя в общую молекулярную сетку.

Красители (минеральные пигменты, спиртовые растворы органических красок) придают пластмассам определенную окраску и снижают их стоимость.

Полимер является основой любой пластмассы, он связывает все компоненты пластмассы в монолитное целое, придает ей главные свойства.

Состав компонентов, их сочетание и количественное соотношение позволяют изменять свойства пластмасс в широких пределах.

В зависимости от способа получения полимеры делятся на природные, искусственные и синтетические.

В настоящее время при производстве пластмасс наиболее часто используются синтетические полимеры (смолы) и значительно реже искусственные (эфиры, целлюлозы) и природные полимеры (каучук, асфальты и канифоль). В зависимости от поведения при повышенных температурах все синтетические полимеры делятся на термореактивные и термопластичные.

Существует несколько тысяч различных типов и марок пластмасс, различающихся входящими в их состав полимерами и различными добавками, их соотношением, физико-механическими и физическими свойствами.

Общепринятой единой научной классификации не существует, более того один и тот же пластик может иметь различные названия, не дающие каких либо представлений о свойствах материала.

В зависимости от наличия и количества наполнителя пластмассы делятся на простые (1-2% добавок по массе) и сложные (композиционные). К простым пластмассам относятся полиэтилен, поливинилхлорид. В свою очередь композиционные пластмассы подразделяются по виду наполнителя: с порошкообразным наполнителем (пресс - порошки), с волокнистым наполнителем (волокниты), с тканевым и листовым наполнителем (слоистые пластики), газо – наполненные и т.д. Различают композиционные пластмассы и по химической природе наполнителя: стеклопластики, углепластики, пластики с древесным наполнителем, хлопчатобумажным наполнителем, с минеральным наполнителем (кварцевая мука), синтетическими волокнами (капроновым, фторолоном, полипропиленовым и др.).

Существует деление пластмасс по типу связующего полимера. Так, пластики на основе фенольных и феноло-альдегидных смол носят название фенопластов, на основе эпоксидных смол – эпоксипласты, на основе полиамидных смол - амидопластов.

По отношению к нагреванию пластмассы подразделяются на термореактивные (при нагревании необратимо превращаются в твердые неплавкие и нерастворимые продукты) и термопластичные (способны обратимо размягчаться и затвердевать при охлаждении, при этом полимер химически не изменяется).

С точки зрения технологических свойств полимерных материалов (общность методов переработки в изделия, механическая обработка, способы соединения – сварка или склеивание) наиболее общей и удобной является классификация по отношению материала к нагреванию и по виду наполнителя. Поэтому ниже приводятся краткие сведения по пластмассам применительно к данным соображениям.

1.1. Пресс-порошки и пресс-материалы.

Пресс-порошками называются композиционные пластмассы с порошкообразным органическим и неорганическим наполнителем (древесная мука, целлюлоза, кварцевая мука, микроасбест и др.).

Известно более 10000 марок наполненных пластмасс. Впервые наполненный полимер начал производить доктор Бейкеленд (Leo H.Baekeland, США), открывший в начале 20 века способ синтеза фенолформфльдегидной (бакелитовой) смолы. Сама по себе эта смола – вещество хрупкое, обладающее невысокой прочностью. Бейкеленд обнаружил, что добавка древесной муки к смоле до ее затвердевания, увеличивает ее прочность. Созданный им материал – бакелит – приобрел большую популярность. Технология его приготовления проста: смесь частично отвержденного полимера и наполнителя – пресс-порошок - под давлением необратимо затвердевает в форме. Первое серийное изделие произведено по данной технологии в 1916, это – ручка переключателя скоростей автомобиля «Роллс-Ройс».Наполненные термореактивные полимеры широко используются по сей день.

Сейчас применяются разнообразные наполнители как термореактивных, так и термопластичных полимеров. Карбонат кальция и каолин (белая глина) дешевы, запасы их практически не ограничены, белый цвет дает возможность окрашивать материал. Материалы с таким наполнителем применяют для изготовления жестких и эластичных поливинилхлоридных материалов для производства труб, электроизоляции, облицовочных плиток и т.д., полиэфирных стеклопластиков, наполнения полиэтилена и полипропилена. Добавление талька в полипропилен существенно увеличивает модуль упругости и теплостойкость данного полимера. Сажа больше всего используется в качестве наполнителя резин, но вводится и в полиэтилен, полипропилен, полистирол и т.п. По-прежнему широко применяют органические наполнители – древесную муку, молотую скорлупу орехов, растительные и синтетические волокна. Для создания биоразлагающихся композитов в качество наполнителя используют крахмал.

Пресс-материалы – это пластмассы с волокнистыми наполнителями (хлопковые очесы, асбестовые, стеклянные, хлопчатобумажные волокна и др.). В качестве связующих применяют различные полимеры – синтетические смолы: феноло-формальдегидные, карбамидные, эпоксидные, полиэфирные, кремнийорганические и др. Из таких материалов изготавливаются корпуса приборов, различные панели, рукоятки, радио и электротехнические изделия, подшипники скольжения, тормозные колодки, доски, детали насосов, краны, трубы и изделия бытового назначения.

Стеклопластики – материалы, армированные стеклянными волокнами, которые формуют из расплавленного неорганического стекла. Эти материалы обладают достаточно высокой прочностью, низкой теплопроводностью, высокими электроизоляционными свойствами, кроме того, они прозрачны для радиоволн. Использование стеклопластиков началось в конце Второй мировой войны для изготовления антенных обтекателей – куполообразных конструкций, в которых размещается антенна локатора.

Свойства стеклопластиков определяются типом связующего, химическим составом, структурой стеклянного наполнителя, соотношением между связующим и наполнителем, характером укладки и ориентации наполнителя, условиями отверждения и.т.д. Поэтому свойства данной группы материалов также весьма разнообразны.

Стеклопластики – достаточно дешевые материалы, их широко используют в строительстве, судостроении, радиоэлектронике, производстве бытовых предметов, спортивного инвентаря, оконных рам для современных стеклопакетов и т.п.

Углепластики – наполнителем в этих полимерных композитах служат углеродные волокна, которые получают из синтетических и природных волокон на основе целлюлозы, сополимеров акрилонитрила, нефтяных и каменноугольных пеков и т.д. В зависимости от режима обработки и исходного сырья полученное углеволокно имеет различную структуру. Основными преимуществами углепластиков по сравнению со стеклопластиками является их низкая плотность и более высокий модуль упругости, углепластики – очень легкие и, в то же время, прочные материалы. Углеродные волокна и углепластики имеют практически нулевой коэффициент линейного расширения. Все углепластики хорошо проводят электричество, черного цвета, что несколько ограничивает области их применения. Углепластики используются в авиации, ракетостроении, машиностроении, производстве космической техники, медицинской техники, протезов, при изготовлении легких велосипедов и другого спортивного инвентаря. Из углеуглепластиков делают высокотемпературные узлы ракетной техники и скоростных самолетов, тормозные колодки и диски для скоростных самолетов и многоразовых космических кораблей, электротермическое оборудование.

Боропластики – композиционные материалы, содержащие в качестве наполнителя борные волокна. Благодаря большой твердости нитей, получающийся материал обладает высокими механическими свойствами (борные волокна имеют наибольшую прочность при сжатии по сравнению с волокнами из других материалов) и большой стойкостью к агрессивным условиям, но высокая хрупкость материала затрудняет их обработку и накладывает ограничения на форму изделий из боропластиков. Рабочие температуры боропластиков, как правило, невелики. Применение боропластиков ограничивается высокой стоимостью производства борных волокон, поэтому они используются главным образом в авиационной и космической технике в деталях, подвергающихся длительным нагрузкам в условиях агрессивной среды.

12 Следующая ⇒