Пластмассы химический состав: Пластмассы. Состав, свойства, применение пластмасс

Пластмассы. Состав, свойства, применение пластмасс

Содержание страницы

  • 1. Компоненты, входящие в состав пластмасс
  • 2. Классификация пластмасс
  • 3. Механические свойства пластмасс
  • 4. Сварка пластмасс
  • 5. Другие свойства пластмасс

Пластмассы (пластики) представляют собой органические материалы на основе полимеров, способные при нагреве размягчаться и под давлением принимать определённую устойчивую форму.

Полимеры – это соединения, которые получаются путем многократного повторения (рис. 1), то есть химического связывания одинаковых звеньев – в самом простом случае, одинаковых, как в случае полиэтилена это звенья CH2, связанные между собой в единую цепочку. Конечно, существуют более сложные молекулы, вплоть до молекул ДНК, структура которых не повторяется, очень сложным образом организована.

Рис. 1. Формы макромолекул полимеров

1. Компоненты, входящие в состав пластмасс

В большинстве своем пластмассы состоят из смолы, а также наполнителя, пластификатора, стабилизатора, красителя и других добавок, улучшающих технологические и эксплуатационные свойства пластмассы. Свойства полимеров могут быть в значительной степени улучшены и изменены, в зависимости от требований, предъявляемых различными отраслями техники, с помощью различных составляющих пластмассы.

Наполнители служат для улучшения физико-механических, диэлектрических, фрикционных или антифрикционных свойств, повышения теплостойкости, уменьшения усадки, а также для снижения стоимости пластмасс. По массе содержание наполнителей в пластмассах составляет от 40 до 70 %. Наполнителями могут быть ткани, а также порошкообразные и волокнистые вещества.

Пластификаторы увеличивают пластичность и текучесть пластмасс, улучшают морозостойкость. В качестве пластификаторов применяют дибутилфталат, трикрезилфосфат и др. Их содержание колеблется в пределах 10 – 20 %.

Стабилизаторы вещества, предотвращающие разложение полимерных материалов во время их переработки и эксплуатации под воздействием света, влажности, повышенных температур и других факторов. Для стабилизации используют ароматические амины, фенолы, сернистые соединения, газовую сажу.

Красители добавляют для окрашивания пластических масс. Применяют как минеральные красители (мумия, охра, умбра, литопон, крон и т. д.), так и органические (нигрозин, родамин).

Смазочные вещества стеарин, олеиновая кислота, трансформаторное масло – снижают вязкость композиции и предотвращают прилипание материала к стенкам пресс-формы.

2. Классификация пластмасс

В зависимости от поведения связующего вещества при нагреве пластмассы разделяют на термореактивные и термопластичные.

Термореактивные пластмассы при нагреве до определенной температуры размягчаются и частично плавятся, а затем в результате химической реакции переходят в твердое, неплавкое и нерастворимое состояние. Термореактивные пластмассы необратимы: отходы в виде грата и бракованные детали обычно используют после измельчения только в качестве наполнителя при производстве пресспорошков.

Термопластичные пластмассы при нагреве размягчаются или плавятся, а при охлаждении твердеют. Термопластичные пластмассы обратимы, но после повторной переработки пластмасс в детали физико-механические свойства их несколько ухудшаются.

К группе термореактивных пластмасс относятся пресспорошки, волокниты и слоистые пластики. Они выгодно отличаются от термопластичных пластмасс отсутствием хладотекучести под нагрузкой, более высокой теплостойкостью, малым изменением свойств в процессе эксплуатации. Термореактивные пластмассы перерабатывают в детали (изделия) преимущественно методом прессования или литьё под давлением (рис. 2).

Рис. 2. Схема и установка для получения деталей из термореактивных пластмасс

В таблице 1 приведены свойства, области применения и интервал рабочих температур некоторых термореактивных пластмасс. На рис. 3 показаны некоторые изделия из термореактивных пластмасс.

Таблица 1.

Рис. 3. Изделия, где применены термореактивные пластмассы

Технология изготовления термопластов довольно проста: гранулы засыпаются в камеру термопластавтомата, где, при необходимой температуре, переходят в текучее состояние, затем расплавленная масса попадает в специальную форму, где происходит прессование и дальнейшее охлаждение (рис. 4). Как правило, большинство термопластов может быть использовано вторично.

Рис. 4. Пресс-форма для литья пластмасс

В таблице 2 приведены свойства, области применения и интервал рабочих температур некоторых термопластичных пластмасс. На рис. 5 показаны некоторые изделия из термопластичных пластмасс.

Таблица 2.

Рис. 5. Изделия из термопластичных пластмасс

Выбор пластмассы для изготовления конкретного изделия определяется его эксплуатационными условиями. Критерии выбора разнообразны и зависят от назначения изделия. Основными критериальными характеристиками полимерных материалов являются механические (прочность, жесткость, твердость), температурные (изменения механических и деформационных характеристик при нагревании или охлаждении) и электрические. Последние отражают широкое применение пластмасс в радиоэлектронной и электротехнической отраслях. Кроме того, существенное значение приобрели триботехнические характеристики и ряд специальных свойств (огнестойкость, звукопоглощение, оптические особенности, химическая стойкость). Немаловажны также экономические условия (стоимость полимерного материала, тираж изделия, условия производства).

3. Механические свойства пластмасс

Механические свойства определяют поведение физического тела под действием приложенного к нему усилия. Численно это поведение оценивается прочностью и деформативностью. Прочность характеризует сопротивляемость разрушению, а деформативность — изменение размеров полимерного тела, вызванное приложенной к нему нагрузкой. Поскольку и прочность, и деформация являются функцией одной независимой переменной — внешнего усилия, то механические свойства еще называют деформационнопрочностными (рис. 6).

Рис. 6. Механические испытания пластмасс на деформацию прочность (слева), ударную вязкость (по центру), твёрдость (справа)

Модуль упругости является интегральной характеристикой, дающей представление прежде всего о жесткости конструкционного материала. Ударная вязкость характеризует способность материалов сопротивляться нагрузкам, приложенным с большой скоростью. В практике оценки свойств пластмасс наибольшее применение нашло испытание поперечным ударом, реализуемым на маятниковых копрах.

Твердость определяет механические свойства поверхности и является одной из дополнительных характеристик полимерных материалов. По твердости оценивают возможные пути эффективного применения пластиков. Пластмассы мягкие, эластичные, имеющие низкую твердость, используются в качестве герметизирующих, уплотнительных и прокладочных материалов. Твердые и прочные могут применяться в производстве деталей конструкционного назначения: зубчатых колес и венцов, тяжело нагруженных подшипников, деталей резьбовых соединений и пр. (рис. 7).

Рис. 7. Детали конструкционного применения из пластмасс

В таблице 3 указаны механические свойства термопластов общего назначения.

Таблица 3.

Несколько примеров по обозначению (см. табл. ниже).

ПЭВДПолиэтилен высокого давленияГОСТ 16337-77
ПЭНДПолиэтилен низкого давленияГОСТ 16338-85
ПСПолистирольная плёнкаГОСТ 12998-85
ПВХПластификаторыГОСТ 5960-72
АБСАкрилбутодиентстиролГОСТ 8991-78
ПММАПолиметилметаакрилатГОСТ 2199-78

4. Сварка пластмасс

Сварке подвергаются только так называемые термопластичные пластмассы (термопласты), которые при нагревании становятся пластичными, а после охлаждения принимают первоначальные вид и свойства. Кроме них, существуют термореактивные пластмассы, которые изменяют свои свойства при нагреве. Нагревать пластмассы при сварке следует не выше температуры их разложения, т. е. в пределах 140—240 °С.

Пластмассы можно сваривать различными способами:

  • нагретым газом;
  • контактной теплотой от нагревательных элементов;
  • трением;
  • ультразвуком (рис. 8).

Основные условия для получения качественного соединения пластмасс при сварке следующие:

  1. Диаметр присадочного прутка не должен превышать 4 мм для достаточно быстрого его нагрева и обеспечения необходимой производительности сварки.
  2. Сварку следует вести по возможности быстро во избежание термического разложения материала.
  3. Необходимо точно выдерживать температуру сварки во избежание недостаточного нагрева или перегрева свариваемого материала.

На рис. 8 показано оборудование и методы сварки пластмасс.

Рис. 8. Сварочный экструдер для сварки пластмасс, полимеров

5. Другие свойства пластмасс

Химическая стойкость. Химическая стойкость пластмасс, как правило, выше, чем у металлов. Химическая стойкость пластмасс в основном определяется свойствами связующего (смолы) и наполнителя. Наиболее химически стойкими в отношении всех агрессивных сред являются фторсодержащие полимеры —фторопласты 4 и 3. К числу кислотостойких пластмасс в отношении концентрированной соляной кислоты могут быть отнесены винипласт и фенопласты с асбестовым наполнителем. Стойкими к действию щелочей являются винипласт и хлорвиниловый пластик.

Электроизоляционные свойства. Почти все пластмассы — хорошие диэлектрики. Этим объясняется их широкое применение в электро- и радиотехнике. Большинство пластмасс плохо переносит т. в. ч. и поэтому они применяются в качестве электроизоляционных материалов для деталей, которые предназначаются для работы при частоте тока 50 Гц. Однако такие ненаполненные высокополимеры, как фторопласт и полистирол, практически не меняют своих диэлектрических качеств в зависимости от частоты тока и могут работать при высоких и сверхвысоких частотах.

Повышение температуры, как правило, ухудшает электроизоляционные характеристики пластмасс. Исключение составляет полистирол, сохраняющий электроизоляционные свойства в интервале температур от —60 до +60° С, и фторопласт 4 — в интервале температур от —60 до +200°. С.

Фрикционные свойства. В зависимости от условий работы пластмассовые детали могут обладать различными по величине фрикционными характеристиками. Так, например, текстолит при малых нагрузках имеет малый коэффициент трения, что и позволяет широко использовать его вместо бронзы, антифрикционных чугунов и т. д. Коэффициент трения тормозных материалов типа КФ-3 высок, что и отвечает назначению этих материалов. Из этих двух примеров следует, что утверждение, высказанное выше, справедливо



Просмотров:
24 439

Виды пластмасс и их состав


Категория:

   Автомобильные эксплуатационные материалы


Публикация:

   Виды пластмасс и их состав


Читать далее:

   Основные свойства пластмасс

Виды пластмасс и их состав

Пластмассы, как п синтетические каучуки и волокна, относятся к высокомолекулярным синтетическим материалам (полимерам).

Пластмассами называют такие материалы, которые содержат в качестве основного компонента (связующего) полимер. На определенной стадии их получения они обладают пластичностью, т. е. способностью под влиянием тепла и давления принимать требуемую форму.

В наиболее полном виде пластмассы состоят пз полимера (связующего), наполнителя, пластификатора, красителя, смазки и стабилизатора.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

В отдельных случаях они состоят только из одного полимера, а в большинстве других — из полимера и некоторых перечисленных компонентов.

Полимер является основой любой пластмассы, он связывает компоненты пластмассы в монолитное целое, придает ей главные свойства. Полимерами называют высокомолекулярные вещества, состоящие из огромных молекул (макромолекул), образовавшихся из многократно повторяющихся звеньев (цепей) мономера. Молекулярная масса полимеров составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов единиц.

Если макромолекулы высокомолекулярных соединений состоят из нескольких видов повторяющихся звеньевг то их называют сополимерами.

Полимер, у которого макромолекулы состоят из разнородных относительно крупных звеньев (осколков макромолекул), называется блок-сополимером.

Значительный интерес представляют так называемые привитые сополимеры, к макромолекулам которых «прививаются» боковые отростки молекул другого вещества. Благодаря этому можно получать материалы с новыми, заранее заданными свойствами.

Схемы строения указанных разновидностей полимеров показаны па рис. 1.

В зависимости от химического состава полимеры делятся на органические, элементоорганические и неорганические ив зависимости от происхождения или способа получения — 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).

Все синтетические полимеры получают реакцией полимеризации или поликонденсации. Исходные для этого низкомолекулярные вещества, называемые мономерами, обычно содержат в молекулах реакционно способные двойные или тройные связи или являются циклическими структурами, способными к разрыву своих химических связей.

При создании определенных условий (температура, давление, катализатор) у них разрывается часть связей и происходит соединение в длинные цепочки полимера.

При полимеризации определенное количество молекул мономера соединяется в одну молекулу полимера без выделения каких-либо побочных продуктов.

В реакции может участвовать не один, а несколько мономеров. Такой процесс называется сополимеризацией.

Рис. 1. Схемы строения полимеров:
А и В — различные звенья макромолекул

Полимеры, полученные поликонденсацией, имеют в основном пространственную структуру, где, помимо межмолекулярных сил сцепления между молекулами, действуют химические связи. Пространственная структура образуется под действием тепла, катализатора или же при добавке к полимеру специального вещества — отвердителя. От количества межмолекулярных связей у полимера зависит его способность растворяться и размягчаться при нагреве. При достижении их определенного количества полимер теряет способность растворяться и размягчаться (плавиться). Таким образом, физико-химические свойства полимерных материалов зависят не только от химической природы полимера, но и от характера сочетания молекул друг с другом в те или иные структуры.

Высокая прочность полимеров объясняется резким возрастанием сил межмолекулярного притяжения, так как у них большие молекулы взаимодействуют между собой огромным числом звеньев п отделить друг от друга такие молекулы очень трудно.

В зависимости от поведения при повышенных температурах все синтетические полимеры делятся на термореактивные и термопластичные. В связи с этим и пластмассы также делятся на термореактивные (неплавкие и нерастворимые) и термопластичные. В некоторые пластмассы входят одновременно термо-реактнвные и термопластичные смолы, термореактивные смолы и каучук.

Термореактивные пластмассы (реактопласты) при повторном нагревании вследствие протекания необратимых химических реакций превращаются в твердые труднорастворимые и не-размягчающиеся (неплавкие) вещества. Поэтому формование деталей из термореактивных пластмасс должно опережать процесс образования самой пластмассы, так как в противном случае оно будет затруднено или невозможно. Термореактивные пластмассы получают поликонденсацией низкомолекулярных веществ при повышенной температуре.

В отвержденном состоянии большинство термореактивных смол по сравнению с термопластичными меньше изменяет физические и механические свойства при нагреве, обладает малой хладо-текучестью, т. е. медленно деформируется в процессе эксплуатации под влиянием постоянно действующей нагрузки. В то же время у них, как правило, более низкая вязкость.

Термопластичные пластмассы (термопласты) при повторном нагревании размягчаются и поддаются формованию, а при охлаждении снова застывают, сохраняя прежние свойства, поэтому их можно многократно перерабатывать. Термопластичные пластмассы получают полимеризацией ннзкомолекулярных органических веществ. Чаще всего для производства термопластичных пластмасс используются следующие термопластичные смолы: поли-метилметакрилат, полистирол, поливи-иилхлорид, полиэтилен, политетрафторэтилен, полиамиды, полиуретаны. Все они имеют линейную, а не пространственную структуру молекул.

Большинство термопластичных смол обладает высокой ударной вязкостью, водостойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами и в то же время низкой теплостойкостью и значительной хладотекучестыо. Многие из термопластичных пластмасс могут быть использованы при температуре не выше 60—80 °С. Для некоторых из этих пластмасс она может доходить до 150—160 и даже 250 °С (например, для фторопласта).

Термопластичные пластмассы (особенно фторопласты) подвержены значительному изменению линейных размеров и объема с изменением температуры.

Детали, изготовленные из термопластичных масс, поддаются сварке.

Пластификаторы вводят в состав для понижения хрупкости, придания пластическим массам мягкости, текучести, пластичности, для повышения гибкости и растяжимости. Они повышают стойкость пластических масс к теплу и холоду.

Пластификаторы с течением времени могут выделяться из материала и испаряться, вследствие чего увеличиваются жесткость и хрупкость деталей.

Пластификаторы — это своеобразные растворители замедленного действия. Сравнительно небольшие молекулы пластификатора, проникая между-цепочками полимера, разобщают их, силы взаимодействия между атомами соседних цепочек ослабевают, и цепочки получают достаточно большую свободу перемещения. Это и приводит к приданию полимеру новых свойств. Так, например, он может быть превращён из твердого материала в мягкий и эластичный.

В качестве пластификаторов применяют различные низкомолекулярные высококипящие малолетучие жидкости (сложные эфиры фталевой, фосфорной, себациновой и других кислот) и твердые низкомолекулярные каучукоподобные или воскоподобные смолы. Лучший пластификатор обладает меньшей летучестью.

Наполнители служат для частичной замены связующих, снижения стоимости пластических масс и придания им определенных свойств. Так, наполнители могут повышать прочность, теплостойкость, диэлектрические свойства или электропроводность, теплопроводность, уменьшать хрупкость и усадку. Иногда наполнитель, Улучшая один показатель, ухудшает другие. Наполнители разделяются на органические (древесная мука, измельченная сульфитная и натронная целлюлоза, ткань, бумага и др.) и минеральные (као-лип, тальк, мел, металлические порошки, кварцевая мука, цемент, асбест, асбестовое волокно, слюда, стеклянные нити и ткани и др.).

Рис. 2. Зависимость прочности пластмассы от температуры:
1 — термопласты; 2 — реактопласты

По структуре органические п минеральные наполнители делятся на порошкообразные, волокнистые и листовые. В зависимости от этого и пластмассы подразделяются на порошкообразные (пресс-порошки и литьевые массы), волокнистые и слоистые. Некоторые пластмассы (органическое стекло, винипласт, целлулоид и др.) изготовляются без наполнителей.

У пенопластов, кроме смол, вторым основным компонентом может быть газообразователь, т. е. добавка, разрушающаяся при размягчении смолы п образующая газообразные вещества (чаще всего азот).

Красители вводятся для придания пластической массе определенной окраски. Они представляют собой минеральные пигменты в тонкоизмельченном виде или органические красители. Красители могут также увеличивать долговечность пластмасс, повышать химическую и термическую стойкость и другие качества.

Смазки, или смазывающие вещества, вводятся в пластмассы для лучшей пластификации и предотвращения прилипания изделий к пресс-формам. Наиболее часто используют для этого парафин, стеарин.

Стабилизаторы (ингибиторы) способствуют сохранению первоначальных свойств пластмасс.

Отдельные виды пластмасс содержат отвердители (гексаметилендиамин, малеиновый ангидрид и др.), под действием которых жидкий состав превращается в твердую пластмассу катализаторы для ускорения процесса отверждения.

Какой бывает пластмасса и её свойства

Сегодня огромную категорию материалов определяют как пластмасса, и пластик может представлять собой тонкий прозрачный материал либо прочный цветной – все это активно применяется в быту и коммерции. В основе любого вида лежит искусственный материал с добавлением органики, обладающий пластическими параметрами.

 

Купить литьевую пресс-форму

Оставить запрос

 

Хотя под определение пластического материала подходит металлосплав, бетонный раствор и глина, к непосредственно пластмассам правильно относить вещества из следующей группы: деготь, битум, смола и полимер. При наличии различных добавок пластмассы приобретают ту или иную структуру, степень твердости и упругости, способность к обработке в пресс-формах и определенный внешний вид.

 

 

Виды пластических масс

Особую категорию составляют органические пластмассы, содержащие углерод. Их еще называют карбопласты. Раньше органические пластмассы противопоставляли натуральному каучуку и классифицировали по пластическим параметрам в процессе обработки, а также по отсутствию каучука в составе.

 

Сегодня, благодаря прогрессу в изучении и создании новых видов высокополимерных формул, появились полимеры со свойствами каучука. Есть даже искусственные каучукоподобные материалы. Они обладают набором параметров, занимающих среднее положение между пластмассой и каучуком. И сейчас химический состав таких материалов исключает разграничение между органическим каучуком и искусственной пластмассой.

 

Теперь пластмассой считается только то органическое вещество, которое обладает пластическими характеристиками, обусловленными тем, что в его составе есть тот или иной высокомолекулярный компонент.

 

В зависимости от набора физических и механических характеристик все разнообразие органических пластмасс подразделяется на эластики и несколько видов пластиков.

 

  1. К эластикам относят материалы, обладающие мягкостью, эластичностью, низким модулем упругости. Они легко поддаются деформации под воздействием растяжения, однако, при обычной температуре мгновенно теряют это свойство.
  2. К жестким пластикам причисляют твердые и упругие полимеры с высоким коэффициентом упругости и аморфным строением. Характеризуются низкой степенью удлинения при разрыве, способны сохранять форму при повышенной температуре и одновременном внешнем напряжении.
  3. К полужестким пластикам относятся полимеры, которые образуют кристаллическую структуру, обладают упругостью и твердостью. При этом модуль упругости средний, при разрыве удлинение высокое, и при температуре плавления остаточное удлинение обратимое, способное полностью исчезнуть.
  4. К мягким пластикам принято относить эластичные полимеры с высокой степенью мягкости и низкой степенью упругости. Обладают высоким относительным удлинением, но при стандартной температуре медленно теряют свойство обратимой деформации.

 

Наполнители для получения нужных свойств

 

 

Для придания пластиковой массе большей степени долговечности, твердости, устойчивости к тем или иным веществам в ее структуру добавляют различные наполнители. Они могут иметь порошкообразную, листовую или волокнистую структуру.

 

Из порошков обычно применяют минеральные вещества, например, тальк, измельченный мел, муку из кварца. Они увеличивают теплостойкость полимера, делают его непроницаемым для рентгеновского излучения, устойчивым к воздействию кислот, а также придают высокую твердость. Порошки способны увеличивать срок службы пластмассовых товаров, удешевляют изготовление.

 

Для снижения хрупкости и повышения прочности полимера используют волокна – из древесины, стекла, хлопка, асбеста. Асбест влияет на теплостойкость и вязкость – с положительным эффектом. Маленькие стеклянные волокна увеличивают механическую стойкость полимеров, что делает их пригодными в строительстве. Например, из них изготавливают кровлю, стеновые блоки. Волокниты – так называются пластмассы с добавлением волокнистых элементов.

 

К листообразным наполнителям относятся такие поверхности, как шпон из натурального дерева, ткань из хлопка или стекла, бумага. Для получения строительных полимерных изделий, способных выдерживать повышенные нагрузки, листы наполнителя пропитывают пластиком и спрессовывают до состояния плиты. Получаются слоистые пластики необходимой прочности.

 

Также пластмассы могут наполнять теми или иными добавками:

  • красителями – для получения необходимого оттенка;
  • порообразователями – для приобретения пористой структуры;
  • пластификаторами – для придания пластичности.

 

Использование синтетических и натуральных добавок позволяет значительно расширить разнообразие изготавливаемых из пластика изделий и получать все необходимые свойства для эффективного применения во всех сферах.

Пластмассы

Пластмассы входят в состав продуктов, которые мы используем каждый день, и помогают нам оставаться в безопасности. Они в велосипедных шлемах, детских креслах и автомобильных подушках безопасности, которые защищают нас и мобильные телефоны, которые нас соединяют. Пластмассы также помогают сделать продукты, которые мы едим и подаем нашим семьям, более безопасными и свежими, чем когда-либо прежде.

Прочные и легкие пластмассы позволяют нам жить лучше, одновременно способствуя устойчивому развитию во многих отношениях, и все они связаны со способностью пластмасс помогать нам делать больше с меньшими затратами.

Пластмассы помогают нам защищать окружающую среду, сокращая количество отходов, снижая выбросы парниковых газов и экономя энергию дома, на работе и в дороге. Пластиковая упаковка помогает значительно продлить срок годности свежих продуктов и напитков, а также позволяет нам поставлять больше продуктов с меньшим количеством упаковочного материала, сокращая как продукты питания, так и упаковочные отходы.

Пластиковая изоляция, герметики и другие строительные материалы делают наши дома значительно более энергоэффективными, снижая при этом затраты на отопление и охлаждение. А легкие пластмассы в автомобилях могут значительно увеличить количество миль на галлон, экономя деньги водителей на заправке.

Пластмасса не только помогает врачам спасать жизни, но и защищает наших близких дома, в дороге, на работе и в играх. И эти передовые материалы помогают сделать здравоохранение более доступным.

Изучите химические вещества, важные для пластмасс

Будьте в курсе и будьте в курсе последних новостей отрасли.

Химия в продуктах повседневного спроса

Связанные политики и правила
  • Цели по переработке и восстановлению
  • Передовая переработка
  • Сокращение потерь пластиковой смолы
  • Энергетические коды
5 действий, которые Конгресс может предпринять для ускорения экономики замкнутого цикла

Узнайте больше на PlasticMakers. org

Будьте в курсе последних новостей отрасли.

пластик | Состав, история, использование, типы и факты

пластиковые бутылки из-под безалкогольных напитков

Посмотреть все материалы

Похожие темы:
микропластик
биопластик
полиметилметакрилат
композитный материал
полимеризация

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

пластмасса , полимерный материал, который можно формовать или формовать, обычно под воздействием тепла и давления. Это свойство пластичности, часто встречающееся в сочетании с другими особыми свойствами, такими как низкая плотность, низкая электропроводность, прозрачность и ударная вязкость, позволяет изготавливать из пластмасс самые разнообразные продукты. К ним относятся прочные и легкие бутылки для напитков из полиэтилентерефталата (ПЭТ), гибкие садовые шланги из поливинилхлорида (ПВХ), изолирующие пищевые контейнеры из вспененного полистирола и небьющиеся окна из полиметилметакрилата.

В этой статье представлен краткий обзор основных свойств пластмасс, за которым следует более подробное описание их переработки в полезные продукты и последующей переработки. Для более полного понимания материалов, из которых изготавливаются пластмассы, см. Химия промышленных полимеров.

Многие химические названия полимеров, используемых в качестве пластмасс, стали знакомы потребителям, хотя некоторые из них более известны по своим аббревиатурам или торговым наименованиям. Таким образом, полиэтилентерефталат и поливинилхлорид обычно называют ПЭТФ и ПВХ, а вспененный полистирол и полиметилметакрилат известны под своими товарными знаками: пенополистирол и оргстекло (или плексиглас).

Промышленные производители пластмассовых изделий обычно рассматривают пластмассы либо как «товарные» смолы, либо как «специальные» смолы. (Термин смола восходит к ранним годам индустрии пластмасс; первоначально он относился к встречающимся в природе аморфным твердым веществам, таким как шеллак и канифоль. ) Товарные смолы — это пластмассы, которые производятся в больших объемах и по низкой цене для наиболее распространенных предметов одноразового использования. и товары длительного пользования. Они представлены в основном полиэтиленом, полипропиленом, поливинилхлоридом, полистиролом. Специальные смолы — это пластмассы, свойства которых адаптированы к конкретным применениям и которые производятся в небольших объемах и по более высокой цене. В эту группу входят так называемые инженерные пластмассы или инженерные смолы, представляющие собой пластмассы, которые могут конкурировать с литыми под давлением металлами в сантехнике, скобяных изделиях и автомобилях. Важными техническими пластиками, менее знакомыми потребителям, чем товарные пластики, перечисленные выше, являются полиацеталь, полиамид (особенно те, которые известны под торговой маркой нейлон), политетрафторэтилен (торговая марка тефлон), поликарбонат, полифениленсульфид, эпоксидная смола и полиэфиркетон. Другим представителем специальных смол являются термопластичные эластомеры, полимеры, которые обладают эластичными свойствами резины, но при этом могут подвергаться многократному формованию при нагревании. Термопластичные эластомеры описаны в статье эластомер.

Викторина «Британника»

Пластмасса: правда или вымысел?

Некоторые формы пластика прочнее стали? От целлулоида до проводимости электричества: узнайте больше о пластмассах в этом тесте.

Пластмассы также можно разделить на две отдельные категории на основе их химического состава. Одна категория — пластмассы, состоящие из полимеров, содержащих только алифатические (линейные) атомы углерода в основных цепях. Все перечисленные выше товарные пластики попадают в эту категорию. Примером может служить структура полипропилена; здесь к каждому другому атому углерода присоединена боковая метильная группа (CH 3 ):

Другая категория пластмасс состоит из гетероцепных полимеров. Эти соединения содержат такие атомы, как кислород, азот или сера в своих основных цепях, в дополнение к углероду. Большинство перечисленных выше инженерных пластиков состоят из гетероцепных полимеров. Примером может служить поликарбонат, молекулы которого содержат два ароматических (бензольных) кольца:

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Различие между полимерами с углеродной цепью и полимерами с гетероцепью отражено в таблице, в которой показаны избранные свойства и области применения наиболее важных пластиков с углеродной цепью и гетероцепью, а также даны прямые ссылки на статьи, описывающие эти материалы. более подробно. Важно отметить, что для каждого типа полимера, указанного в таблице, может быть множество подтипов, поскольку любой из десятка промышленных производителей любого полимера может предложить 20 или 30 различных вариаций для использования в конкретных приложениях. По этой причине свойства, указанные в таблице, следует принимать как приблизительные.

Свойства и применение коммерчески важных пластмасс
*Все значения приведены для образцов, армированных стекловолокном (кроме полиуретана).
Углеродная цепь
полиэтилен высокой плотности (HDPE) 0,95–0,97 высокая –120 137
полиэтилен низкой плотности (LDPE) 0,92–0,93 умеренный −120 110
полипропилен (ПП) 0,90–0,91 высокая −20 176
полистирол (ПС) 1,0–1,1 ноль 100
акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) 1,0–1,1 ноль 90–120
поливинилхлорид непластифицированный (ПВХ) 1,3–1,6 ноль 85
полиметилметакрилат (ПММА) 1,2 ноль 115
политетрафторэтилен (ПТФЭ) 2. 1–2.2 умеренно-высокий 126 327
гетероцепь
полиэтилентерефталат (ПЭТ) 1,3–1,4 умеренный 69 265
поликарбонат (ПК) 1,2 низкий 145 230
полиацеталь 1,4 умеренный –50 180
полиэфиркетон (PEEK) 1,3 ноль 185
полифениленсульфид (PPS) 1,35 умеренный 88 288
диацетат целлюлозы 1,3 низкий 120 230
поликапролактам (нейлон 6) 1,1–1,2 умеренный 50 210–220
гетероцепь
полиэстер (ненасыщенный) 1,3–2,3 ноль 200
эпоксидные смолы 1,1–1,4 ноль 110–250
фенолформальдегид 1,7–2,0 ноль 175–300
мочевина и меламиноформальдегид 1,5–2,0 ноль 190–200
полиуретан 1,05 низкий 90–100
Углеродная цепь
полиэтилен высокой плотности (HDPE) 20–30 10–1000 1–1,5 молочные бутылки, изоляция проводов и кабелей, игрушки
полиэтилен низкой плотности (LDPE) 8–30 100–650 0,25–0,35 упаковочная пленка, продуктовые пакеты, сельскохозяйственная мульча
полипропилен (ПП) 30–40 100–600 1,2–1,7 бутылки, контейнеры для еды, игрушки
полистирол (ПС) 35–50 1–2 2,6–3,4 столовые приборы, пенопластовые пищевые контейнеры
акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС) 15–55 30–100 0,9–3,0 корпуса приборов, каски, фитинги
поливинилхлорид непластифицированный (ПВХ) 40–50 2–80 2,1–3,4 трубы, трубопровод, сайдинг, оконные рамы
полиметилметакрилат (ПММА) 50–75 2–10 2,2–3,2 ударопрочные окна, световые люки, козырьки
политетрафторэтилен (ПТФЭ) 20–35 200–400 0,5 самосмазывающиеся подшипники, посуда с антипригарным покрытием
гетероцепь
полиэтилентерефталат (ПЭТ) 50–75 50–300 2,4–3,1 прозрачные бутылки, магнитофон
поликарбонат (ПК) 65–75 110–120 2,3–2,4 компакт-диски, защитные очки, спортивные товары
полиацеталь 70 25–75 2,6–3,4 подшипники, шестерни, душевые лейки, молнии
полиэфиркетон (PEEK) 70–105 30–150 3,9 машины, автомобильные и аэрокосмические детали
полифениленсульфид (PPS) 50–90 1–10 3,8–4,5 детали машин, приборы, электрооборудование
диацетат целлюлозы 15–65 6–70 1,5 фотопленка
поликапролактам (нейлон 6) 40–170 30–300 1,0–2,8 подшипники, шкивы, шестерни
гетероцепь
полиэстер (ненасыщенный) 20–70 <3 7–14 корпуса лодок, автомобильные панели
эпоксидные смолы 35–140 <4 14–30 ламинированные печатные платы, напольные покрытия, детали самолетов
фенолформальдегид 50–125 <1 8–23 электрические разъемы, ручки приборов
мочевина и меламиноформальдегид 35–75 <1 7,5 столешницы, посуда
полиуретан 70 3–6 4 гибкие и жесткие пеноматериалы для обивки, изоляции

Для целей настоящей статьи пластмассы в первую очередь определяются не на основе их химического состава, а на основе их технических свойств. Более конкретно, они определяются как термопластичные смолы или термореактивные смолы.

Путеводитель по обычным бытовым пластикам — сложные проценты

Нажмите, чтобы увеличить

Пластик повсюду в нашей повседневной жизни, но, конечно же, «пластик» — это просто общий термин для целого ряда различных химических веществ. На этом рисунке показаны некоторые из наиболее распространенных пластиков, с которыми мы регулярно сталкиваемся, и рассмотрены их химические структуры. Ниже мы также немного поговорим о том, как создаются эти пластики.

Все пластмассы, которые мы используем или с которыми сталкиваемся, представляют собой вещества, называемые полимерами. Эти полимеры сами образуются из химических соединений, называемых мономерами. Мономеры могут представлять собой ряд различных соединений, но определенные полимеры обычно содержат мономеры только одного или двух типов. Полимеры образуются путем соединения множества мономеров, подобно длинной цепочке скрепок, в одну длинную молекулу.

Давайте рассмотрим простой пример, чтобы было понятнее. Полиэтилен — это пластик или полимер, который широко используется в пластиковых пакетах для покупок, пластиковых пленках и некоторых игрушках. Он образован из многих мономеров небольшой молекулы этена. При высокой температуре и давлении, а также в присутствии кислорода в качестве катализатора можно разорвать одну из двух связей между двумя атомами углерода в молекуле, что позволит им образовать связующие связи с другими молекулами этена. На приведенной ниже диаграмме n – это большое число: каждая получающаяся в результате этого процесса полиэтиленовая цепь может состоять из 20 000 отдельных молекул этилена.

Другие условия также могут быть использованы для производства версий одного и того же полимера с различными свойствами; полиэтилен бывает нескольких разновидностей, таких как полиэтилен высокой плотности (HDPE) или полиэтилен низкой плотности (LDPE). Различные мономеры также могут быть использованы для получения различных полимеров. Например, если мы используем пропен в качестве мономера вместо этилена, мы получаем полипропен.

Некоторые полимеры более известны по их торговым названиям или аббревиатурам, чем по их полным химическим названиям. Например, большинство нехимиков, вероятно, не узнают название политетрафторэтен, но они, вероятно, знают его по торговому названию — тефлон. Точно так же пластик, из которого изготавливается большая часть пластиковых бутылок для воды, полиэтилентерефталат, более известен в этом контексте под аббревиатурой ПЭТ. Он также используется в одежде, когда его часто называют просто полиэстером (стоит отметить, что полиэфиры на самом деле представляют собой класс полимеров, а не отдельный полимер).

Итак, вот как производятся эти пластмассы, но откуда в первую очередь берутся молекулы, которые мы используем для их изготовления? Сырье, которое мы используем для производства этих молекул, поступает из сырой нефти, и фактически около 5% мировой нефти идет на производство пластмасс. В сырой нефти содержится около 40 различных основных химических веществ, которые можно использовать для производства огромного количества других химических веществ. Некоторые из них, в свою очередь, могут полимеризоваться с образованием пластмасс.

Вы, наверное, слышали о концепции пика добычи нефти, предполагаемого момента времени, когда темпы добычи нефти на Земле достигают максимальной точки, прежде чем начать снижаться по мере истощения запасов. Конечно, если у нас закончится нефть, у нас также закончатся источники многих химикатов, используемых для производства пластмасс. Графика в верхней части страницы подчеркивает диапазон различных применений, которые эти пластмассы находят в нашей повседневной жизни; если у нас закончится химическое сырье, необходимое для увеличения производства, нам, возможно, придется начать поиск заменителей для этого широкого спектра применений.

Еще одна проблема с пластмассами – их утилизация. Многие из различных типов пластика не являются биоразлагаемыми, и их разложение может занять до тысяч лет в результате воздействия ультрафиолетового излучения солнца. Конечно, это время разложения является лишь оценкой, поскольку мы не используем пластик достаточно долго, чтобы наблюдать его полное разложение. Поэтому их утилизация создает проблемы, поскольку для захоронения отходов требуется место, а у других методов утилизации есть свои проблемы — например, сжигание пластика в некоторых случаях может выделять токсичные газы. Эти проблемы с утилизацией являются одной из причин, по которой рекомендуется переработка пластмасс.

Наконец, стоит отметить, что полимеры не всегда создаются человеком; ДНК является примером природного полимера, а целлюлоза и лигнин, содержащиеся в растениях, являются дополнительными примерами. Мы подробнее рассмотрим полимеры в некоторых будущих публикациях.

Понравился этот пост и картинка? Рассмотрите возможность поддержки Compound Interest на Patreon и получайте превью предстоящих публикаций и многое другое!

 

Здесь также есть версия рисунка с кодами утилизации.