66. Состав пластмасс. Влияние компонентов на качество изделий. Состав пластмассы

83. Состав пластмасс. Влияние компонентов на качество изделий

Состав пластических масс

По составу пластические массы разделяют на простые и сложные (композиционные). Первые состоят только из полимера (синтетической смолы или химически видоизмененного природного полимера), к которому могут добав­ляться небольшие количества красителей и стабилизаторов (до 3%). Композиционные пластмассы содержат, кроме того, значительные количества (до нескольких десятков процентов) других компонентов: наполнителей, пластифика­торов, газообразователей, отвердителей. Вспомогательной добавкой являются смазывающие вещества, предотвра­щающие прилипание отформованного изделия к стенкам формы. В композиционных пластмассах полимеры выпол­няют роль компонента, связывающего другие составные части (особенно наполнитель), поэтому их называют свя­зующими веществами.

Связующими веществами являются преимущественно синтетические высокомолекулярные соединения и неко­торые видоизмененные природные полимеры (эфиры целлюлозы). Они являются главной составной частью, опре­деляющей все основные свойства пластмасс; их способность формоваться при повышенных температурах и давлении, а также сохранять приданную изделию форму. К композиционным относятся пластмассы на основе феноло- и амино-альдегидных смол, которые применяют обычно с наполнителями и красителями, поэтому по своей структуре они гетерофазны. Многие синтетические смолы (полиэтилен, полистирол и др.), а также эфиры целлюлозы используют в качестве пластмасс как с наполнителями, так и без них.

Наполнителями пластмасс служат различные измельченные неорганические и органические материалы, напри­мер: древесная мука, кварцевый песок, каолин, тальк, дробленая слюда (отходы) и другие порошкообразные и волок­нистые материалы (очесы хлопка, волокна асбеста, измельченные обрезки тканей и бумаги). Наполнитель может со­ставлять более половины состава пластмассы. В слоистых пластмассах (гетинаксе, текстолите) наполнителем являют­ся рулонная бумага и ткани, пропитанные и склеенные смолой.

Порошкообразные наполнители перемешиваются со связующими веществами и остальными компонентами пластмассы, пропитываются и обволакиваются связующим веществом, благодаря чему в процессе формования изде­лий образуется твердая и плотная масса. При этом свойства пластмасс видоизменяются.

Введение наполнителя повышает механическую прочность и твердость, понижает величину усадки пластмассы в процессе формования изделия. Особенно улучшаются механические свойства, повышается прочность на удар при введении в пластмассу волокнистых наполнителей, выполняющих роль армирующих элементов и устраняющих хруп­кость ненаполненных пластмасс. Наряду с повышением прочности и твердости введение наполнителей в ряде случаев повышает теплостойкость и огнестойкость пластмасс, облегчает их переработку и снижает стоимость.

Газообразователи вводят в состав для получения газонаполненных пластмасс (поро- и пенопластов). Они пред­ставляют собой химические соединения, разлагающиеся в процессе формования изделий при нагревании с выделени­ем газообразных веществ.

Пластификаторами являются маслообразные органические вещества, имеющие высокую температуру кипения, - преимущественно сложные эфиры фталевой и фосфорной кислот (дибутилфталат, диоктилфталат, трикрезилфосфат) и др. Их добавляют в тех случаях, если необходимо уменьшить жесткость и хрупкость полимера. Повышая пластич­ность связующего вещества и тем самым облегчая переработку пластмассы, пластификаторы придают материалам и изделиям эластичность и гибкость. Для полярных полимеров применяют полярные, а для неполярных - неполярные пластификаторы.

Проникая между макромолекулами и иными структурными элементами смолы, молекулы пластификатора взаимодействуют с ними, сольватируют и раздвигают их, ослабляют силы межмолекулярного взаимодействия между ними. При этом температура стеклования (затвердевания) понижается, расширяются пределы температур, в которых полимер сохраняет высокоэластическое состояние. В результате увеличивается его морозостойкость, хотя стойкость к повышенным температурам (теплостойкость) понижается. Большое количество пластификаторов (до 50% и более со­става пластмассы) расходуется для превращения жесткого и относительно хрупкого полимера - поливинилхлоридной смолы - в мягкий и эластичный пластик - поливинилхлоридный пластикат.

Пластификаторы должны взаимодействовать и хорошо совмещаться с полимером, не испаряться и не мигриро­вать («выпотевать») из него, быть химически стабильными и физиологически безвредными. Последнее требование особенно важно для пластмасс, используемых в производстве бытовых изделий. Очень перспективными пластифика­торами оказались низкомолекулярные полиэфирные смолы, которые почти совсем не мигрируют из полимера, прак­тически нелетучи, обладают масло- и бензиностойкостью.

Красящие вещества пластмассы - это тонко измельченные пигменты и органические красители, стойкие к тем­пературам, при которых формуются изделия. Некоторые минеральные пигменты одновременно выполняют роль не только красителя, но и наполнителя пластмасс (окись цинка, литопон, сажа и др.). При выборе красящего вещества для окрашивания учитывают и его способность ускорять (стимулировать) или, наоборот, задерживать (ингибировать) старение пластмассы.

Стабилизаторы (ингибиторы) - это вещества, препятствующие необратимому изменению свойств синтетиче­ских смол и пластмасс под действием тепла, кислорода воздуха, света, влаги и прочих факторов, т. е. замедляющие процессы старения. Особенно интенсивное старение пластмасс вызывают ультрафиолетовые лучи, обладающие большой мощностью, сравнимой с энергией химических связей. Вследствие этого они способны отрывать электроны с наружных оболочек атомов. Такое действие ускоряет взаимодействие макромолекул полимера с кислородом, влагой и между собой, приводит, с одной стороны, к их разрыву (деструкции), с другой - к образованию поперечных связей (сшивок) между цепями (структурированию). В результате понижаются механическая прочность и эластичность по­лимерных материалов и изделий, возрастает хрупкость, ухудшается их внешний вид.

По характеру действия стабилизаторы делят на термостабилизаторы, препятствующие термоокислительной де­струкции, и светостабилизаторы, защищающие полимер от фотохимической деструкции. Имеются стабилизаторы и комплексного действия.

Сущность действия небольших добавок (0,1-3%) стабилизаторов (аминов, фенолов и др.) сводится к блоки­рованию активных центров (свободных радикалов), образующихся при деструкции полимера. Светостабилизаторы (сажа и др.) поглощают энергию ультрафиолетовых лучей и этим предотвращают разрыв молекул полимера и другие возможные химические процессы старения.

Отвердители вводят в отдельные пластмассы для перевода полимера в процессе формования изделий в неплав­кое и нерастворимое состояние. Их действие основано на сшивании структуры полимера. Ими являются ди- и поли-функциональные соединения (формальдегид, диамины, дикарбоновые кислоты и др.).

studfiles.net

66. Состав пластмасс. Влияние компонентов на качество изделий

Состав пластических масс

По составу пластические массы разделяют на простые и сложные (композиционные). Первые состоят только из полимера (синтетической смолы или химически видоизмененного природного полимера), к которому могут добав­ляться небольшие количества красителей и стабилизаторов (до 3%). Композиционные пластмассы содержат, кроме того, значительные количества (до нескольких десятков процентов) других компонентов: наполнителей, пластифика­торов, газообразователей, отвердителей. Вспомогательной добавкой являются смазывающие вещества, предотвра­щающие прилипание отформованного изделия к стенкам формы. В композиционных пластмассах полимеры выпол­няют роль компонента, связывающего другие составные части (особенно наполнитель), поэтому их называют свя­зующими веществами.

Связующими веществами являются преимущественно синтетические высокомолекулярные соединения и неко­торые видоизмененные природные полимеры (эфиры целлюлозы). Они являются главной составной частью, опре­деляющей все основные свойства пластмасс; их способность формоваться при повышенных температурах и давлении, а также сохранять приданную изделию форму. К композиционным относятся пластмассы на основе феноло- и амино-альдегидных смол, которые применяют обычно с наполнителями и красителями, поэтому по своей структуре они гетерофазны. Многие синтетические смолы (полиэтилен, полистирол и др.), а также эфиры целлюлозы используют в качестве пластмасс как с наполнителями, так и без них.

Наполнителями пластмасс служат различные измельченные неорганические и органические материалы, напри­мер: древесная мука, кварцевый песок, каолин, тальк, дробленая слюда (отходы) и другие порошкообразные и волок­нистые материалы (очесы хлопка, волокна асбеста, измельченные обрезки тканей и бумаги). Наполнитель может со­ставлять более половины состава пластмассы. В слоистых пластмассах (гетинаксе, текстолите) наполнителем являют­ся рулонная бумага и ткани, пропитанные и склеенные смолой.

Порошкообразные наполнители перемешиваются со связующими веществами и остальными компонентами пластмассы, пропитываются и обволакиваются связующим веществом, благодаря чему в процессе формования изде­лий образуется твердая и плотная масса. При этом свойства пластмасс видоизменяются.

Введение наполнителя повышает механическую прочность и твердость, понижает величину усадки пластмассы в процессе формования изделия. Особенно улучшаются механические свойства, повышается прочность на удар при введении в пластмассу волокнистых наполнителей, выполняющих роль армирующих элементов и устраняющих хруп­кость ненаполненных пластмасс. Наряду с повышением прочности и твердости введение наполнителей в ряде случаев повышает теплостойкость и огнестойкость пластмасс, облегчает их переработку и снижает стоимость.

Газообразователи вводят в состав для получения газонаполненных пластмасс (поро- и пенопластов). Они пред­ставляют собой химические соединения, разлагающиеся в процессе формования изделий при нагревании с выделени­ем газообразных веществ.

Пластификаторами являются маслообразные органические вещества, имеющие высокую температуру кипения, - преимущественно сложные эфиры фталевой и фосфорной кислот (дибутилфталат, диоктилфталат, трикрезилфосфат) и др. Их добавляют в тех случаях, если необходимо уменьшить жесткость и хрупкость полимера. Повышая пластич­ность связующего вещества и тем самым облегчая переработку пластмассы, пластификаторы придают материалам и изделиям эластичность и гибкость. Для полярных полимеров применяют полярные, а для неполярных - неполярные пластификаторы.

Проникая между макромолекулами и иными структурными элементами смолы, молекулы пластификатора взаимодействуют с ними, сольватируют и раздвигают их, ослабляют силы межмолекулярного взаимодействия между ними. При этом температура стеклования (затвердевания) понижается, расширяются пределы температур, в которых полимер сохраняет высокоэластическое состояние. В результате увеличивается его морозостойкость, хотя стойкость к повышенным температурам (теплостойкость) понижается. Большое количество пластификаторов (до 50% и более со­става пластмассы) расходуется для превращения жесткого и относительно хрупкого полимера - поливинилхлоридной смолы - в мягкий и эластичный пластик - поливинилхлоридный пластикат.

Пластификаторы должны взаимодействовать и хорошо совмещаться с полимером, не испаряться и не мигриро­вать («выпотевать») из него, быть химически стабильными и физиологически безвредными. Последнее требование особенно важно для пластмасс, используемых в производстве бытовых изделий. Очень перспективными пластифика­торами оказались низкомолекулярные полиэфирные смолы, которые почти совсем не мигрируют из полимера, прак­тически нелетучи, обладают масло- и бензиностойкостью.

Красящие вещества пластмассы - это тонко измельченные пигменты и органические красители, стойкие к тем­пературам, при которых формуются изделия. Некоторые минеральные пигменты одновременно выполняют роль не только красителя, но и наполнителя пластмасс (окись цинка, литопон, сажа и др.). При выборе красящего вещества для окрашивания учитывают и его способность ускорять (стимулировать) или, наоборот, задерживать (ингибировать) старение пластмассы.

Стабилизаторы (ингибиторы) - это вещества, препятствующие необратимому изменению свойств синтетиче­ских смол и пластмасс под действием тепла, кислорода воздуха, света, влаги и прочих факторов, т. е. замедляющие процессы старения. Особенно интенсивное старение пластмасс вызывают ультрафиолетовые лучи, обладающие большой мощностью, сравнимой с энергией химических связей. Вследствие этого они способны отрывать электроны с наружных оболочек атомов. Такое действие ускоряет взаимодействие макромолекул полимера с кислородом, влагой и между собой, приводит, с одной стороны, к их разрыву (деструкции), с другой - к образованию поперечных связей (сшивок) между цепями (структурированию). В результате понижаются механическая прочность и эластичность по­лимерных материалов и изделий, возрастает хрупкость, ухудшается их внешний вид.

По характеру действия стабилизаторы делят на термостабилизаторы, препятствующие термоокислительной де­струкции, и светостабилизаторы, защищающие полимер от фотохимической деструкции. Имеются стабилизаторы и комплексного действия.

Сущность действия небольших добавок (0,1-3%) стабилизаторов (аминов, фенолов и др.) сводится к блоки­рованию активных центров (свободных радикалов), образующихся при деструкции полимера. Светостабилизаторы (сажа и др.) поглощают энергию ультрафиолетовых лучей и этим предотвращают разрыв молекул полимера и другие возможные химические процессы старения.

Отвердители вводят в отдельные пластмассы для перевода полимера в процессе формования изделий в неплав­кое и нерастворимое состояние. Их действие основано на сшивании структуры полимера. Ими являются ди- и поли-функциональные соединения (формальдегид, диамины, дикарбоновые кислоты и др.).

studfiles.net

6.Свойства пластмасс.

                                                                     Все свойства полимеров зависят от их химического состава и молекулярной массы. Прочность, твердость, температура перехода, диэлектрическая проницаемость, электрическая прочность, электросопротивление, тангенс угла диэлектрических потерь и другие свойства у различных полимеров изменяются в широком диапазоне .

6.1. Плотность. Полимеры имеют плотность от 0,9 до 2,2 г/см³; самые легкие –полиэтилен и полистирол, а самый тяжелый фторопласт-4 с плотностью 2,2 г/см³. Плотность пластмасс обычно равна 1,1-1,6 г/см³, а у пористых пластмасс- всего 0,01-0,2г/см³.

6.2.Стойкость в агрессивных средах. Полимеры стойки против долговременного действия промышленных агрессивных сред, включая щелочи и концентрированные кислоты и применяются для изготовления защитных покрытий на металлы. В отличие от металлов полимеры не подвержены электрохимической коррозии. В то же время для каждой группы полимеров известны вещества, с которыми они взаимодействуют химически. К ним относятся окислители (азотная, хромовая и серная кислоты, органические перекиси), галоиды, амины, щелочи. Некоторые полимеры гидролизуются, для них опасны вода и водяной пар при температурах выше 100°С.

Термопластичные полимеры растворяются, а термореактивные с сетчатой структурой лишь набухают в органических растворителях. При растворении химических изменений не происходит и полимерные молекулы не разрушаются. При впитывании растворителя ослабляется межмолекулярное притяжение, понижается прочность и твердость, а также изменяются и другие свойства.

Под действием окружающей среды полимеры медленно стареют. При старании происходит как разрыв макромолекул на куски, так и соединение кусков и самих молекул друг с другом поперечными связями. Старение развивается при одновременном или раздельном действии нагрева, окисления, ионизации, механических напряжений, облучения ( свет, γ-излучение, потоки электронов и нейтронов). Интенсивность старения определяется условиями эксплуатации и структурой. Материалы, стойкие в одних условиях, в других быстро разрушаются. Термопласты и резины стареют быстрее, чем реактопласты.

Все полимеры разрушаются при нагреве и большинство разлагается при температурах 150-300°С. Стойкость сложных пластмасс зависит от свойств наполнителей, пластификаторов и других составляющих. Пластмассы с неорганическими наполнителями ( стеклянное волокно, асбест, графит и другие) более стойки, чем пластмассы с органическими наполнителями ( бумага, дерево, хлопчатобумажное волокно). Некоторые полимеры (полистирол, органическое стекло, а также пористые пластмассы на их основе) огнеопасны. Горючесть их устраняется специальными добавками или модифицированием полимеров.

6.3. Теплофизические свойства. Полимеры плохо проводят теплоту, сильно расширяются при нагреве и имеют значительную теплоемкость(0,3-0,5 кал/г.°С).

Теплопроводность полимеров в десятки и сотни раз меньше, чем у металлов. Коэффициент теплопроводности λ у полимеров не превышает 10∙10-4 кал/см∙г.°С∙с. Пластмассы, наполненные графитом или металлическими порошками значительно лучше проводят теплоту. Наименьшую теплопроводность имеют простые пористые пластмассы (λ=0,5-1∙10-4 кал/см∙г.°С∙с).

Коэффициенты теплового расширения полимеров (60÷100∙10-6°С-1) в 10-30 раз больше, чем металлов. Термопластичные полимеры расширяются сильнее термореактивных с сетчатой структурой. Из-за различия коэффициентов теплового расширения полимеров и металлов возникают термические напряжения при плотном соединении материалов друг с другом. Термические напряжения возникают в проводниках электрического тока, залитых пластмассами, клеевых швах, в пластмассовых деталях с металлическими вставками и т.д. Термическое расширение пластмасс можно уменьшить, используя неорганические наполнители с низким коэффициентом линейного расширения (стекло, порошки Al2O3; TiO2 и др.).

6.4 Электрические свойства. Полимеры характеризуются небольшими значениями ξ, высоким удельным объемным электросопротивлением (ρv>1010 Ом∙см) и большой электрической плотностью. (Табл. 2)

Таблица2. Электрические свойства полимеров и пластмасс.

Особенности электрических свойств полимеров:

1) Пластмассы легко электролизуются при трении и долго сохраняют статические заряды на поверхности. Не электризуются пластмассы, наполненные графитом или порошками металлов, а также пластмассы со специальными добавками против электролизации.

2) При разрушении полимеров под действием электрических разрядов на поверхности изделий образуется обугленный токопроводящий слой Этого недостатка не имеет полистирол, фторопласты, органическое стекло, кремнийогранические полимеры.

3) Свойства пластмасс с неорганическими наполнителями выше, чем с органическими наполнителями.

4) Свойства пластмасс снижаются при нагреве. У термопластов при нагреве немного выше температуры tст или tкр резко возрастают потери, снижается удельное объемное электросопротивление ρv; у реактопластов аналогичные изменения происходят более плавно по мере увеличения подвижности молекулярных цепей.

5) Пластмассы с неоднородной структурой анизотропны в результате ориентации макромолекул и наполнителей. Электрическая прочность вдоль вытянутых молекул понижена, а перпендикулярно вытянутым молекулам –увеличена. У полимерных пленок величина Епр в несколько раз больше, чем у массивных полимеров. При вытяжке пленок Епр увеличивается еще на 30-50% из-за ориентации молекул. Слоистые пластики имеют наилучшие свойства перпендикулярно слоям наполнителя, вдоль слоев величины Епр и ρv понижены.

6) Большинство пластмасс не используют при частотах выше 20 тыс. Гц, так как они недопустимо разогреваются и теряют электрическую прочность. Высокочастотными пластмассами являются неполярные полиэтилен, фторопласт-4, полистирол и специальные реактопласты с низкими потерями. Пористые полиэтилен и полистирол имеют самые низкие потери ( у них ξ близка к 1), но применяются только в слабых полях, так как электрическая прочность мала (Епр =3÷4 кВ/мм).

6.5. Механические свойства. Пластмассы характеризуются вязкоупругим поведением полимеров под нагрузкой. Деформация полимера-это сумма упругой, высоколэластичной и вязкотекучей деформации.

Соотношения между тремя составляющими общей деформации непостоянны и зависят от структуры материала, температуры и условий деформирования. Полная характеристика поведения пластмассы под нагрузкой представляет сложную задачу. По необходимости механические свойства оценивают по результатам испытаний на растяжение, сжатие, удар, хотя эта оценка не полна.

Рисунок1. Диаграммы растяжения пластмасс.

Реактопласты прочнее термопластов, более жестки и их свойства меньше зависят от температуры. Различие связей между молекулами сказывается на виде диаграмм «напряжение-деформация». Сетчатая структура мешает развиваться высокоэластичной деформации, и реактопласты разрываются с незначительной остаточной деформацией. Термопласты, как правило, разрываются с остаточной деформацией порядка десятков и сотен процентов. Это вынужденная высокоэластичная деформация возникает при вытягивании макромолекул под действием напряжений. При растяжении образец начинает течь, в нем появляется шейка. Пластическое течение на участке mn (рис. 1) представляет собой постепенное развитие шейки по всему образцу. Вынужденная высокоэластичная деформация при снятии напряжения не исчезает, так как ниже температуры tст или tкр повороты в главных цепях молекул заторможены.

Пластическое течение кристаллических полимеров сопровождается рекристаллизацией, т.е. заменой исходной кристаллической структуры на новую с ориентированными кристаллами. Кристаллическая решетка при этом, конечно не меняется. Рекристаллизация состоит из трех последовательных этапов: разрушения кристаллов под действием напряжения; вытягивания молекул вдоль направления растяжения на участке с разрушенными кристаллами; образования новых благоприятно ориентированных кристаллов между параллельно ориентированными молекулами. Новые кристаллы фиксируют полученную высокоэластичную деформацию, и она сохраняется после снятия нагрузки.

Особенности механически свойств пластмасс:

1) Малая жесткость. Все полимеры и пластмассы имеют низкие модули упругости, которые в 100-1000 раз меньше, чем у металлов. Наполнители незначительно увеличивают жесткость. Жесткость реактопластов больше жесткости термопластов (рис.2).

2) Зависимость свойств от температуры. При повышении температуры прочность и жесткость уменьшаются и пластмассы становятся более вязкими, ускоряется ползучесть под нагрузкой и теряется несущая способность. При понижении температуры возрастают прочность и жесткость, но уменьшается сопротивление удару.

3) Зависимость от скорости деформирования. При увеличении скорости деформирования повышается жесткость пластмасс, так как не успевает развиваться высокоэластичная деформация, и возрастает склонность к хрупкому разрушению.

4) Зависимость от длительности нагружения. При длительном действии нагрузки уменьшается прочность и появляется ползучесть. С ростом напряжений и температуры ползучесть увеличивается. Из-за ползучести приходится ограничивать напряжения, чтобы сохранить размеры изделий неизменными. Наибольшую стабильность размеров изделий под нагрузкой имеют термопласты с высокой температурой tст (например, поликарбонат, у которого tст около 150°С), наполненные термопласты и реактопласты с плотными поперечными связями.

5) Зависимость от структуры. Пластмассы с неоднородной структурой неоднородны по механическим свойствам. Слоистые пластики имеют максимальную прочность вдоль листов наполнителя, они сравнительно легко раскалываются или расслаиваются параллельно листам наполнителя. Анизотропия листов наполнителя еще более усиливает неоднородность свойст пластмассы ( рис.).

Вдоль ориентированных вытянутых молекул прочность термопластов максимальна, а в поперечном направлении - уменьшена. В массивных изделиях ориентация молекул нежелательна, так как из-за нее в определенных направлениях прочность снижается. В пленках и листах ориентация полезна, так как при вытяжке в 2-4 раза прочность увеличивается вдвое. Листы и пленки после одноосной вытяжки анизотропны, поэтому чаще применяют двуосную вытяжку- материал получается более однородным.

Хрупкость пластмасс возрастает при увеличении плотности связей в реактопластах и при увеличении степени кристаллизации свыше 85% у кристаллических полимеров (но не у всех!). Для уменьшения хрупкости применяют пластификаторы, а также волокнистые наполнители.

Пористые пластмассы имеют наименьшую прочность и жесткость.

В общем пластмассы хуже сопротивляются растяжению, чем сжатию. При растяжении допустимые напряжения у термопластов не превышают 100 кгс/см³, а у реактопластов они равны 150-400 кгс/см³ и даже больше в зависимости от наполнителя. При повышенных температурах допустимые значения снижаются.

6) Хорошее сопротивление усталости. При переменных нагрузках пластмассы имеют отличную долговечность и большую демпфирующую способность, которая выше, чем у многих сталей и сплавов. Потери на механический гистерезис особенно велики вблизи температуры tст (или tкр) пластмассы (и некоторые резины) с большим механическим гистерезисом используются в качестве звукопоглощающих и вибропоглощающих материалов.

studfiles.net

83. Состав пластмасс. Влияние компонентов на качество изделий

Состав пластических масс

По составу пластические массы разделяют на простые и сложные (композиционные). Первые состоят только из полимера (синтетической смолы или химически видоизмененного природного полимера), к которому могут добав­ляться небольшие количества красителей и стабилизаторов (до 3%). Композиционные пластмассы содержат, кроме того, значительные количества (до нескольких десятков процентов) других компонентов: наполнителей, пластифика­торов, газообразователей, отвердителей. Вспомогательной добавкой являются смазывающие вещества, предотвра­щающие прилипание отформованного изделия к стенкам формы. В композиционных пластмассах полимеры выпол­няют роль компонента, связывающего другие составные части (особенно наполнитель), поэтому их называют свя­зующими веществами.

Связующими веществами являются преимущественно синтетические высокомолекулярные соединения и неко­торые видоизмененные природные полимеры (эфиры целлюлозы). Они являются главной составной частью, опре­деляющей все основные свойства пластмасс; их способность формоваться при повышенных температурах и давлении, а также сохранять приданную изделию форму. К композиционным относятся пластмассы на основе феноло- и амино-альдегидных смол, которые применяют обычно с наполнителями и красителями, поэтому по своей структуре они гетерофазны. Многие синтетические смолы (полиэтилен, полистирол и др.), а также эфиры целлюлозы используют в качестве пластмасс как с наполнителями, так и без них.

Наполнителями пластмасс служат различные измельченные неорганические и органические материалы, напри­мер: древесная мука, кварцевый песок, каолин, тальк, дробленая слюда (отходы) и другие порошкообразные и волок­нистые материалы (очесы хлопка, волокна асбеста, измельченные обрезки тканей и бумаги). Наполнитель может со­ставлять более половины состава пластмассы. В слоистых пластмассах (гетинаксе, текстолите) наполнителем являют­ся рулонная бумага и ткани, пропитанные и склеенные смолой.

Порошкообразные наполнители перемешиваются со связующими веществами и остальными компонентами пластмассы, пропитываются и обволакиваются связующим веществом, благодаря чему в процессе формования изде­лий образуется твердая и плотная масса. При этом свойства пластмасс видоизменяются.

Введение наполнителя повышает механическую прочность и твердость, понижает величину усадки пластмассы в процессе формования изделия. Особенно улучшаются механические свойства, повышается прочность на удар при введении в пластмассу волокнистых наполнителей, выполняющих роль армирующих элементов и устраняющих хруп­кость ненаполненных пластмасс. Наряду с повышением прочности и твердости введение наполнителей в ряде случаев повышает теплостойкость и огнестойкость пластмасс, облегчает их переработку и снижает стоимость.

Газообразователи вводят в состав для получения газонаполненных пластмасс (поро- и пенопластов). Они пред­ставляют собой химические соединения, разлагающиеся в процессе формования изделий при нагревании с выделени­ем газообразных веществ.

Пластификаторами являются маслообразные органические вещества, имеющие высокую температуру кипения, - преимущественно сложные эфиры фталевой и фосфорной кислот (дибутилфталат, диоктилфталат, трикрезилфосфат) и др. Их добавляют в тех случаях, если необходимо уменьшить жесткость и хрупкость полимера. Повышая пластич­ность связующего вещества и тем самым облегчая переработку пластмассы, пластификаторы придают материалам и изделиям эластичность и гибкость. Для полярных полимеров применяют полярные, а для неполярных - неполярные пластификаторы.

Проникая между макромолекулами и иными структурными элементами смолы, молекулы пластификатора взаимодействуют с ними, сольватируют и раздвигают их, ослабляют силы межмолекулярного взаимодействия между ними. При этом температура стеклования (затвердевания) понижается, расширяются пределы температур, в которых полимер сохраняет высокоэластическое состояние. В результате увеличивается его морозостойкость, хотя стойкость к повышенным температурам (теплостойкость) понижается. Большое количество пластификаторов (до 50% и более со­става пластмассы) расходуется для превращения жесткого и относительно хрупкого полимера - поливинилхлоридной смолы - в мягкий и эластичный пластик - поливинилхлоридный пластикат.

Пластификаторы должны взаимодействовать и хорошо совмещаться с полимером, не испаряться и не мигриро­вать («выпотевать») из него, быть химически стабильными и физиологически безвредными. Последнее требование особенно важно для пластмасс, используемых в производстве бытовых изделий. Очень перспективными пластифика­торами оказались низкомолекулярные полиэфирные смолы, которые почти совсем не мигрируют из полимера, прак­тически нелетучи, обладают масло- и бензиностойкостью.

Красящие вещества пластмассы - это тонко измельченные пигменты и органические красители, стойкие к тем­пературам, при которых формуются изделия. Некоторые минеральные пигменты одновременно выполняют роль не только красителя, но и наполнителя пластмасс (окись цинка, литопон, сажа и др.). При выборе красящего вещества для окрашивания учитывают и его способность ускорять (стимулировать) или, наоборот, задерживать (ингибировать) старение пластмассы.

Стабилизаторы (ингибиторы) - это вещества, препятствующие необратимому изменению свойств синтетиче­ских смол и пластмасс под действием тепла, кислорода воздуха, света, влаги и прочих факторов, т. е. замедляющие процессы старения. Особенно интенсивное старение пластмасс вызывают ультрафиолетовые лучи, обладающие большой мощностью, сравнимой с энергией химических связей. Вследствие этого они способны отрывать электроны с наружных оболочек атомов. Такое действие ускоряет взаимодействие макромолекул полимера с кислородом, влагой и между собой, приводит, с одной стороны, к их разрыву (деструкции), с другой - к образованию поперечных связей (сшивок) между цепями (структурированию). В результате понижаются механическая прочность и эластичность по­лимерных материалов и изделий, возрастает хрупкость, ухудшается их внешний вид.

По характеру действия стабилизаторы делят на термостабилизаторы, препятствующие термоокислительной де­струкции, и светостабилизаторы, защищающие полимер от фотохимической деструкции. Имеются стабилизаторы и комплексного действия.

Сущность действия небольших добавок (0,1-3%) стабилизаторов (аминов, фенолов и др.) сводится к блоки­рованию активных центров (свободных радикалов), образующихся при деструкции полимера. Светостабилизаторы (сажа и др.) поглощают энергию ультрафиолетовых лучей и этим предотвращают разрыв молекул полимера и другие возможные химические процессы старения.

Отвердители вводят в отдельные пластмассы для перевода полимера в процессе формования изделий в неплав­кое и нерастворимое состояние. Их действие основано на сшивании структуры полимера. Ими являются ди- и поли-функциональные соединения (формальдегид, диамины, дикарбоновые кислоты и др.).

studfiles.net

Реферат

Российский Химико-

Технологический

Университет

Имени Д.И. Менделеева

Кафедра материаловедения

По теме:

"Пластмассы общего назначения. классификация. Свойства. Области применения. "

Выполнила: студентка факультета ФИХ,

группы Ст-21 Иванова Ольга

Москва 2007

Содержание

1. Введение ..............................................................................2

2. Пластические массы………………………………..........................3

3. Состав пластмасс .................................................................4

4. Структура полимеров............................................................5

5. Классификация пластмасс ...................................................7

6. Свойства пластмасс...............................................................9

6.1. Плотность............................................................................9

6.2.Стойкость в агрессивных средах.........................................9

6.3.Теплофизические свойства...............................................10

6.4 Электрические свойства....................................................10

6.5. Механические свойства....................................................12

6.6. Свойства полимеров, определяющие качество...............17

7.1.Полистирол........................................................................17

7.2.Полиэтилен........................................................................18

7.3.Фторопласт........................................................................19

7.4.Полиамид...........................................................................20

7.5Поливинилхлорид…………………………………………………….....21

7.6.Органическое стекло.........................................................21

8.Термореактивные полимеры и пластмассы…………………….22

8.1.фенолформальдегидные смолы.......................................22

8.2.Полиэфирные полимеры..................................................22

8.3.Эпоксидные смолы............................................................23

8.4.Кремнийорганические полимеры.....................................24

9. Области применения пластических масс……………………….25

10. Заключение.…...................................................................27

11. Список использованной литературы…………………………….28

1.Введение

Одним их самых распространенных искусственных, отсутствующих в природе и потому получаемых в процессе химической обработки, материалов являются полимеры, пластмассы, появление которых относится к 20 веку, веку бурного развития новых технологий. Их распространенность, применение обусловлено рядом их специфических свойств, таких как малая плотность при удовлетворительной технологической прочности, высокая химическая коррозионная стойкость, хорошие электроизоляционные свойства и прочее.

Их широкое применение в машиностроении, промышленности позволяет экономить расход дорогих цветных металлов, снижать массу изделий, повышать их долговечность, снизить трудоемкость продукции. Одним из преимуществ является также возможность не разделения процессов изготовления продукции путем совмещения процессов формообразования заготовки и получения готовых деталей. Процесс обработки является высоко автоматизированным, с незначительным уровнем механической доработки.

studfiles.net

Что входит в состав пластмассы

Пластмассы состоят преимущественно из смолы которая и является ее основой, пластификатора, наполнителя, а также стабилизатора и красителя и других веществ.

Каждая составляющая играет свою роль, повышающую свойства пластмассы.

Так как этот материал применяется в многочисленных областях, изменяются и компоненты, чтобы достичь нужных свойств.

Для изготовления деталей, которые не будут подвергаться сильной нагрузке, используют пресспорошки — порошкообразные полимеры с добавлением древесной муки. Для изготовления же более прочных материалов применяют волокнистые (хлопковые или асбестовые) наполнители. Самые же прочные пластмассы получаются с добавлением листовых наполнителей.

Наполнители придают пластмассе такие свойства как уменьшение или повышение теплостойкости, фрикционность и антифрикционность, а также механические и диэлектрические моменты. Наполнители делятся на органические и неорганические.

К органическим относятся, например, древесная мука, целлюлоза, хлопчатобумажная ткань, бумага и древесный шпон. Неорганические — это графит, асбест, слюда, кварц и другие.

Древесные пластмассы, или ДСП, изготавливают, применяя древесный шпон. Прочные как металл пластмассы делают из стекловолокна и стекломаты. Смола очень крепко сцепляется с этим наполнителем.

Чтобы изготовить теплоизоляционные материалы, применяют газы, в итоге получается пенопласт и поропласт. В общем, для всех видов пластмасс наполнитель составляет 40 — 70% массы.

Пластификаторы нужны для того, чтобы увеличить текучесть и пластичность материала, а также увеличить его морозостойкость. Пластификаторами часто служат такие вещества как трикрезилфосфат и дибутилфталат.

Стабилизаторы нужны в составе пластмасс для того, чтобы предотвратить их разложение во время эксплуатации. Отрицательно влияющими факторами могут быть атмосферные воздействия, температурные перепады и другое.

Например, чтобы стабилизировать полиэтилен, применяют фенол, ароматические амины, сернистые соединения.

Красители нужны для окрашивания пластмасс в различные цвета. Есть красители минеральные, такие как литопон, охра, умбра и другие, и органические — родамин, нигрозин.

Чтобы уменьшить вязкость материала, а также предотвратить прилипание к формам, используют смазочные вещества, такие как олеиновая кислота, стеарин, трансформаторное масло.

l4g.ru

Пластические массы, их классификация и состав

В отличие от эластомеров, эксплуатирующихся в высокоэластическом состоянии, пластические массы эксплуатируются в твердом — кристаллическом или стеклообразном состоянии.

Классификация пластических масс может проводиться по самым различным признакам. В таблице приведена классификация пластических масс по ряду важнейших признаков.

Таблица

Классификация пластических масс

Как следует из представленной классификации, одним из важнейших классификационных признаков является состав пластмасс По этому признаку пластмассы подразделяются на однородные (ненацолненные) и композиционные (наполненные) системы.

Однородные пластмассы состоят, как правило, только из высокомолекулярного вещества — полимерной смолы.

Неоднородные (композиционные) пластические массы помимо основного вещества — высокомолекулярного соединения — содержат различные добавки, позволяющие повысить уровень потребительских свойств материалов, их перерабатываемость, устойчивость к действию внешних факторов при эксплуатации и хранении улучшить эстетические и другие свойства. В качестве добавок, выполняющих такие функции, используются наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, антиоксиданты (антиокислители), красители и другие компоненты.

Указанные ингредиенты вводятся в пластические массы от нескольких долей до нескольких десятков процентов от количестве полимерной смолы.

Одним из важнейших компонентов пластмасс являются наполнители, оказывающие большое влияние на такие важные свойства пластмасс как прочность, твердость, теплостойкость, теплопроводность, диэлектрические, электрические и другие свойства.

Следует отметить, что введение в полимерные композиции наполнителей не только повышает их свойства, но и снижает стоимость (особенно пресс-порошковых и волокнистых материалов), так как стоимость применяемых наполнителей, как правило, ниже стоимости полимерной смолы.

Содержание наполнителей в пластмассах, как правило, не превышает 50% (в расчете на полимерную смолу), составляя в отдельных случаях ~ 90 %. Однако с увеличением содержания наполнителя в пресскомпозициях и и волокнитах затрудняется переработка композиций, вследствие уменьшения их текучести.

Пластификаторы применяют для повышения пластичности, снижения хрупкости и расширения температурного интервала существования пластмасс в высокоэластическом состоянии. Пластификаторы должны хорошо совмещаться с полимерным связующим, иметь низкую летучесть и не должны мигрировать на поверхность («выпотевать») в процессе эксплуатации и хранения. В качестве пластификаторов используют эфиры карбоновых и фосфорных кислот, эпоксидированные соединения, нафтеновые минеральные масла и другие соединения. Содержание пластификаторов в композициях может изменяться в широких пределах и достигать 40-50 % от массы полимера.

Стабилизаторы применяют для защиты полимерного связующего от процессов старения, протекающих при переработке пластмасс, а также хранении и эксплуатации пластмасс и изделий на их основе. Основными видами стабилизаторов являются: термостабилизаторы - системы, тормозящие процессы термодеструкции; антиоксиданты, являющиеся ингибиторами окислительных процессов; антиозонанты - добавки, замедляющие процессы озонного старения; фотостабилизаторы фотоокислительной деструкции; антирады — системы, тормозящие протекание процессов, вызванных действием ионизирующих излучений.

С целью образования на определенной стадии переработки пластмасс сетки поперечных связей между макромолекулами в пластмассовые композиции вводят сшивающие агенты - отвердители. В качестве отвердителей могут применяться различные полифункциональные соединения (диамины, гликоли, аминоспирты, кислоты и т.д.), а также инициаторы, ускорители и активаторы полимеризации.

Для получения материалов с желаемой структурой в пластмассовые композиции могу вводиться структурообразователи — добавки, оказывающие влияние на процессы формирования надмолекулярных структур. Такими регуляторами структурообразования могут служить тонкодисперсные порошкообразные оксиды и карбиды металлов, некоторые соли органических кислот, а также поверхностно-активные вещества. Содержание таких добавок составляет всего 0,1-1% от массы полимера.

Для получения пластмасс пористой структуры (поро- и пено-пластов) в композиции могут вводиться порообразователи — добавки, вызывающие образование газообразных продуктов, либо за счет своего разложения, либо за счет протекания реакций с полимерным связующим.

Среди других добавок, вводимых в пластмассовые композиции ocобoe значение в последнее время приобрели антипирены — добавки, снижающие горючесть полимерного материала, затрудняющие его воспламенение, замедляющие процесс распространения в нем пламени или приводящие в оптимальных вариантах к его самозатуханию. В качестве антипиренов используют хлорсодержащие вещества, производные сурьмы, а также эфиры фосфорных кислот.

Как следует из представленной в табл. классификации по природе полимерной основы (связующего) пластмассы подразделяются на два класса: пластмассы на основе синтетических смол и пластмассы на основе модифицированных природных соединений. Благодаря присущим им ценным свойствам наиболее перспективными являются пластмассы, полученные на основе синтетических смол.

Пластмассы на основе синтетических смол подразделяются по способу получения на полимеризационные и поликонденсационные, т.е. получаемые с использованием соответственно реакций полимеризации и поликонденсации. Очень важной, с точки зрения методов переработки пластмасс в изделия и температурных условий эксплуатации последних, является классификация пластмасс на термопластичные и термореактивные.

Термопластичными пластмассами или термопластами называют композиции, которые при повышении температуры способны переходить в высокоэластическое или вязко-текучее состояние, а при охлаждении вновь возвращаться в твердое - кристаллическое или стеклообразное состояние. При таких переходах свойства материалов изменяются обратимо. Термопласты, перерабатываемые в изделия в вязкотекучем или высокоэластическом состоянии, могут подвергаться такой технологической операции несколько раз. К группе термопластов относится большое число пластмасс, представляющих собой чистые синтетические полимеры или композиции на их основе, такие как полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистиролы, фторопласты, полиакрилаты, полиамиды, поликарбонаты и другие, а также композиции на основе полимеров природного происхождения, таких как нитроцеллюлоза, ацетилцеллюлоза и другие.

Термореактивными пластмассами или реактопластами называют пластмассы, которые переходят в высокоэластическое или вязкотекучее состояние под действием температуры лишь в краткий период, соответствующий времени необходимому для формования изделий, а затем теряют способность к таким переходам в связи с образованием трехмерной сшитой химическими связями пространственной сетки. Такой переход материала в неплавкое и нерастворимое состояние для реактопластов является необратимым. Вновь перевести отвержденную термореактивную пластмассовую композицию в размягченное или вязкотекучее состояние за счет повышения температуры не представляется возможным. К термореактивным относят пластмассы на основе феноло-формальдегидных, меламино-формальдегидных, эпоксидных смол, ряда полиуретанов, полиэфиров и других высокомолекулярных соединений.

Важным показателем для пластических масс, особенно для определения области их использования, являются физико-механические свойства, в первую очередь деформационные и прочностные характеристики, твердость; а также упругие свойства, характеризуемые величиной модуля упругости и модуля эластичности.

По комплексу этих показателей пластмассы условно можно подразделить на жесткие, полужесткие и мягкие пластмассы.

Жесткие пластмассы являются твердыми композициями, имеющими преимущественно аморфную структуру. Они характеризуются высоким модулем упругости и низкими деформационными свойствами (относительное удлинение при разрыве составляет несколько процентов). Под действием напряжений в области нормальных (комнатных) и повышенных (до определенной величины) температур жесткие пластики способны длительно сохранять свою форму. К материалам этого типа относятся фено- и аминопласты, полистирол, полиметилметакрилат и другие пластмассы.

Полужесткие пластические массы представляют собой твердые, в известной степени упругие материалы, характеризующиеся, как правило, кристаллической структурой. Пластмассы этого типа характеризуются средней величиной модуля упругости и хорошей деформативной способностью, составляющей несколько десятков, а иногда несколько сотен процентов. Типичными представителями этой группы материалов являются полиэтилен, полиамиды, поливиниловый спирт и др.

Мягкие пластики представляют собой эластичные композиции преимущественно аморфной структуры, характеризующиеся низким модулем упругости и высокими деформационными свойствами. Причем для них характерной является малая величина остаточной деформации при достаточно большой общей деформационной способности. Развитие и исчезновение обратимой деформации в мягких пластиках происходит с малой скоростью, в отличие от эластомеров, где обратимые деформации проявляются и исчезают с большой скоростью.

Похожие статьи

znaytovar.ru

• 
  Шкворневая подвеска
• 
  Что такое чугун определение
• 
  Гидромуфта ямз
• 
  Фронтальный одноковшовый погрузчик
• 
  Фронтальный одноковшовый погрузчик
• 
  Роторный траншейный экскаватор
• 
  Агп это что
• 
  Фракционный состав дизельного топлива
• 
  Что называется допуском
• 
  Схема включения стартера
• 
  Схема ленточный конвейер