Плаcтuческими массами (пластмассами) обычно называют неметаллические материалы, перерабатываемые в изделия методам плacтuческой деформации (прессование, экструзия, литье под давлением и т.д.), обладающие пластическими свойствами в условиях переработки и не обладающие этими свойствами в условиях эксплуатации. Таким образом, при обычных темперурах пластмассы представляют собой твердые, упругие тела.
Свойства:
Прочность некоторых видов пластмасс даже превосходит прочность некоторых марок стали, чугуна, дюралюминия и др.
По химической стойкости пластмассы не имеют себе равных среди металлов. Они устойчивы не только к действию влаги воздуха, но и таких сильнодействующих химических веществ, как кислоты и щелочи.
Обычно пластмассы являются диэлектриками. Отдельные сорта пластмасс представляют собой лучшие диэлектрики из всех известных в современной технике.
В настоящее время известен целый ряд пластмасс, обладающих значительной тепло- и морозостойкостью, что позволяет применять их для изготовления изделий, работающих в широком интервале температур.
По своим антифрикционным свойствам многие пластмассы значительно превосходят лучшие антифрикционные сплавы металлов. Многие типы пластмасс при использовании их для подшипников не требуют смазки, другие же могут «смазываться» просто водой.
Наряду с большой механической прочностью некоторые виды пластмасс обладают прекрасными оптическими свойствами.
Обычно пластмассы имеют твердую, блестящую поверхность не нуждающуюся в полировке, лакировке или поверхностной окраске. Внешний вид их не изменяется от обычных атмосферных воздействий.
Наконец, большим преимуществом пластических масс перед другими материалами является неограниченность и доступность сырьевой базы (нефтяные газы, нефть, уголь, отходы лесотехнической промышленности, сельского хозяйства и др.). Перечислим лишь основные отрасли промышленности, в которых в широких масштабах применяются пластические массы.
В электротехнической и радиотехнической промышленности пластмассы используются в качестве конструкционных и изоляционных материалов при производстве электродвигателей, трансформаторов, электрических кабелей и проводов, радиоаппарaтypы, телевизоров, печатных схем и др. В машиностроении пластмассы применяют для производства конструкционных элементов машин и механизмов, бесшумно трущихся частей машин, самосмазывающихся подшипников, многих деталей станков и машин, подвергающихся в процессе работы истиранию.
Некоторые виды пластмасс, обладающие высокой стойкостью в агрессивных средах, используются в химическом и нефтяном машиностроении и др.
Особенно высокий экономический эффект дает применение пластмасс в тяжелом, энергетическом, транспортном и химическом машиностроении, автомобиле- и приборостроении. Широкое применение пластмасс находят также в строительстве. из них изготавливают высококачественные термо-, гидро
И звукоизоляционные материалы, арматуру, санитарно-техническое оборудование и др.
Ппастические массы обладают очень высокими электро-, тепло- и звукоизолирующими свойствами, почти абсолютной стойкостью к действию агрессивных сред; обеспечивают защиту от радиоактивных излучений; способны отражать или пропускать световые, звуковые и радиоволны. Пластмассы широко применяются в новейших областях техники - атомной энергетике, электронике, ракетной технике, современном самолетостроении и др.
Все полимеры по отношению к нагреву подразделяют на термопластичные и термореактивные.
Термопластичные полимеры при нагревании размягчаются, даже плавятся, при охлаждении затвердевают; этот процесс обратим, т. е. никаких дальнейших химических превращений материал не претерпевает. Структура макромолекул таких полимеров линейная или разветвленная. Представителями термопластов являются полиэтилен, полистирол, полиамиды и др.
Термореактивные полимеры на первой стадии образования имеют линейную структуру и при нагревании размягчаются, затем вследствие протекания химических реакций затвердевают (образуется пространственная структура) и в дальнейшем остаются твердыми. Oтвержденное состояние полимера
называется термостабильным. Примером термореактивных смол могут служить фенолоформальдегидная, глифталевая и другие смолы.
СВОЙСТВА ПОЛИМЕРОВ и область применения
Механические свойства. Одна из основных особенностей полимеров состоит в том, что отдельные отрезки цепей (сегменты) могут перемещаться путем поворота вокруг связи и изменения угла. Такое смещение, в отличие от растяжения связей при упругой деформации истинно твердых тел, не требует
большой энергии и происходит при невысокой температуре. Эти виды внутреннего движения - смена конформаций, несвойственные другим твердым телам, придают полимерам сходство с жидкостями. В то же время большая длина искривленных и спиралеобразных молекул, их ветвление и взаимная сшивка затрудняют смещение, вследствие чего полимер приобретает свойства твердого тела.
Для некоторых полимеров в виде концентрированных растворов и расплавов характерно образование под действием поля (гравитационного, электростатического, магнитного) кристаллической структуры с параллельной упорядоченностью макромолекул в пределах небольшого объема-домена. Эти полимеры - так называемые жидкие кристаллы -находят широкое применение при изготовлении светоиндикаторов.
Полимерам наряду с обычной упругой деформацией свойствен ее оригинальный вид - высокоэластическая деформация, которая становится преобладающей при повышении температуры. Переход из высокоэластического состояния в стеклообразное, характеризующееся лишь упругой деформацией, называется стеклованием.
Особенность полимеров состоит также в том, что их прочностные свойства зависят от времени, т. е. предельная деформация устанавливается не сразу после приложения нагрузки. Теплофизические свойства. Коэффициент теплопроводности полимеров значительно ниже, чем других твердых тел,
около 0,2... 0,3 В/(м*К), поэтому они являются теплоизоляторами..
Однако высокая эластичность полимеров и сравнительно небольшой интервал рабочих температур позволяет широко применять их в виде пленок, нанесенных на поверхность любых материалов.
Помимо потери прочности повышение температуры может вызвать и химические изменения в составе полимера, которые проявляются как потеря массы.
Химические свойства.
Для полимеров характерна высокая стойкость по отношению к неорганическим реактивам и меньшая - к органическим. В принципе все полимеры неустойчивы в средах, обладающих резко выраженными окислительными свойствами, но среди них есть и такие, химическая стойкость которых
выше, чем золота и платины. Поэтому полимеры широко используются в качестве контейнеров для особо чистых реактивов и воды, защиты и герметизации радиокомпонентов, а особенно полупроводниковых приборов и ИС.
Особенность полимеров состоит еще и в том, что они по своей природе не являются вакуум плотными. Молекулы газообразных и жидких веществ, особенно воды, могут проникать в микропустоты образующиеся при движении отдельных сегментов полимера. даже если его структура бездефектна.
Полимеры выполняют роль защиты металлических поверхностей от коррозии в случаях. когда:
1) толщина слоя велика
2) полимер оказывает пассивируюшее действие на активные (дефектные) центры металла, тем самым подавляя коррозионное действие влаги, проникающей к поверхности металла.
Как видно, герметизирующие возможности полимеров ограничены, а пассивирующее их действие неуниверсально. Поэтому полимерная герметизация при меняется в неответственных изделиях, эксплуатирующихся в благоприятных условиях.
Для большинства полимеров характерно старение - необратимое изменение структуры и свойств, приводящее к снижению их прочности.
Электрические свойства. Как правило, полимеры являются диэлектриками, по многим параметрам лучшими в современной технике.
Для полимеров, как ни для одних других диэлектриков, характерны процессы накопления поверхностных зарядов электризация.
Технологические свойства. Принадлежность полимеров к термопластичному или термореактивному видам во многом определяет и способы их переработки в изделия. Соотношение их выпуска примерно 3: I в пользу термопластичных материалов, но следует учитывать, что термореактивные полимеры, как правило, используются в смеси с наполнителями, доля которых может достигать 80%. Поэтому в готовых изделиях соотношение оказывается обратным: большее их количество – реактопласты. Это объясняется высокой технологичностью фенолформальдегидных, полиэфирных, но особенно эпоксидных смол.
Технологические свойства как термореактивных, так и термопластичных полимеров характеризуются текучестью (способностью к вязкому течению), усадкой (уменьшением линейных размеров изделий по отношению к размерам формующего инструмента), таблетируемостью (пресс-порошков).