Складові частини та класифікація пластмас
За будовою пластмаси представляють собою суміші різних вихідних матеріалів, основними з яких є речовини, що пов'язують і наповнювачі. Крім того, до складу пластмас входять пластифікатори, розчинники, барвники та ін.
Сполучними речовинами в пластмасах служать в основному синтетичні матеріали органічного походження. Знаходять застосування також ефіри целюлози, а іноді і природні смоли. З групи синтетичних матеріалів в якості в'яжучих речовин для пластмас застосовуються головним чином синтетичні смоли; вони можуть бути термопластичними або термореактивними.
Термопластичні смоли, тверді в холодному стані, при нагріванні розм'якшуються, а при охолодженні знову тверднуть; пластичність їх пов'язана зі зміною температури. При нагріванні термореактивних смол в них відбуваються корінні структурні перетворення, що викликають перехід в тверде неплавкое стан. Повторний нагрів цих смол не робить їх пластичними. При зміні температури механічні властивості пластмас на основі термореактивних смол більш стійкі в порівнянні з властивостями термопластичних матеріалів (рис. 1).
Наповнювачі, що вводяться в пластмаси для поліпшення фізико-механічних властивостей, а іноді при дорогому сполучному і для зменшення вартості пластмас поділяються на шаруваті волокнисті, порошкові і газові. До шаруватим відносяться тканини (в тому числі зі скловолокна), папір і деревне шпон. Волокнистими наповнювачами є різні природні і синтетичні волокна, наприклад бавовняні, лляні, азбестові, скляні та інші. Як порошкових наповнювачів знаходять застосування деревне борошно, сульфатна целюлоза, графіт, мармур, кизельгур, тальк та інші. Газовими наповнювачами служать різні гази, одержувані при розкладанні порофору в процесі нагрівання суміші при отриманні пластмаси.
Пластифікатори призначаються для поліпшення технологічних властивостей, головним чином пластичності, необхідної для полегшення процесу пресування виробів з пластмас, а також збільшують морозостійкість і еластичність і зменшують горючість пластмас. Дія пластифікатора зводиться до того, що він утворює тонку плівку навколо частинок матеріалу і тим полегшує їх відносне переміщення при пресуванні. В як пластифікатори застосовуються олеїнова кислота, стеарин, стеарат алюмінію, касторове масло, камфора і деякі інші речовини.
Розчинники вводяться для поліпшення однорідності вихідних сумішей і полегшення процесу отримання виробів з пластмас. Вони являють собою легко випаровуються органічні речовини, здатні розчиняти сполучні і вводяться в якості технологічної добавки. З готових виробів розчинники видаляються випаровуванням при нагріванні.
Барвники являють собою різні Пігментується речовини, що вводяться в пластмаси для додання їм необхідної забарвлення.
Класифікація пластмас є підрозділ цих матеріалів по найбільш характерними ознаками, що полегшує вивчення їх і сприяє раціональному застосуванню в конструкціях.
Пластмаси класифікуються по виду, принципом отримання і фізико-механічними властивостями сполучного речовини, по типу наповнювача, методу виготовлення і по застосуванню.
Мал. 1. Залежність міцності від температури: 1 - термопластичної смоли; 2 - термореактивної смоли
Розглянемо класифікацію пластмас за цими основними ознаками:
По виду сполучного речовини розрізняють пластмаси на основі а) синтетичних смол, б) ефірів целюлози і в) природних смол. Оскільки основними пластмасами в даний час є композиції на основі синтетичних смол, намічається підрозділ їх за назвою смоли, наприклад феноло-формальдегідні, сечовини-формальдегідні (карбамідні), епоксидні, фуріловий, полісилоксанової (кремнійорганіче-ські), поліефірні, поліетиленові, полівінілхлоридні, полістиролові , поліакрилові і інші.
За принципом отримання сполучного речовини розрізняють пластмаси на основі поліконденсаційних і полімеризаційного-них смол.
Поліконденсаційні смоли є продуктами реакції поліконденсації, при якій утворення складних молекул смоли, що мають, як відомо, великий молекулярний вагу, відбувається в результаті взаємодії простих молекул різних речовин, що володіють малим молекулярною вагою. У процесі цієї реакції, поряд з утворенням основного продукту - смоли відбувається виділення простого речовини - конденсату, наприклад, води.
Полімеризації смоли є продуктами реакції полімеризації, при якій утворення молекул смоли - полімеру - відбувається в результаті об'єднання великої кількості молекул одного і того ж вихідного речовини - мономера. Поряд з полімеризаційного смолами при виробництві пластмас застосовуються сополімери, що виходять при полімеризації простих молекул не одного, а двох або декількох вихідних речовин. Останнім часом починає використовуватися ще одна група матеріалів, що представляють собою синтетичні речовини, в яких до основних молекулам щеплені молекули іншої речовини. При цьому виявляється можливим отримати матеріали з тими чи іншими заздалегідь заданими властивостями. Так, наприклад, якщо до молекул полістиролу прищепити каучук, то новий матеріал, володіючи високими діелектричними властивостями полістиролу, отримає додаткову високу міцність при ударних навантаженнях.
За фізико-механічними властивостями сполучного речовини пластмаси поділяються на термореактивні і термопластичні. Термореактивні пластмаси володіють високими і стабільними при зміні температури механічними властивостями; вони застосовуються головним чином в якості конструкційних матеріалів. Термопластичні пластмаси, маючи гірші механічні властивості в порівнянні з термореактивними, мають високі значеннями ряду спеціальних властивостей і застосовуються, головним чином, в якості електро- і радіотех-нічних прозорих матеріалів, а також для виготовлення деталей і корпусів приладів, рукояток управління, кнопок і тому подібних виробів.
За типом наповнювача розрізняють чотири групи пластмас: шаруваті, волокнисті і порошкові, пластмаси без наповнювача та газонаповнені пластмаси. До шаруватим пластмасам відносяться: матеріали з тканинним наповнювачем - стеклотекстолит, асботекстоліт, текстоліт; с, наповнювачем у вигляді паперу - гетинакс; у вигляді деревного шпону - дельта-деревина та у вигляді стеклошпона - скловолокнисті анізотропні матеріали (Свамі и). До волокнистих пластмасам відносяться матеріали з наповнювачем у вигляді азбестових волокон, бавовняних і лляних волокон, капронової та нейлонового волокон, скловолокна, графітового волокна і інших. До порошковим пластмасам відносяться матеріали, що виготовляються з преспорошкових композицій. Вони застосовуються для деталей приладів, рукояток управління та інших виробів, що отримуються з преспорошков безпосередньо на машинобудівних заводах. До пластмас без наповнювача відносяться різні прозорі матеріали на основі поліакрилових смол і нітроцелюлози, матеріали на основі полістиролу, поліетилену, фторопласти і інші. До газонаповненим відносяться пінопласти, поропласти і сотопласти.
За методом виготовлення розрізняють пластмаси шаруваті, литі і преспорошковие. Шаруваті пластмаси виходять пресуванням пакетів листів просоченого в смолі наповнювача; при цьому виходять напівфабрикати у вигляді плит або листів. Труби з шаруватих пластиків виходять методом намотування просоченого смолою наповнювача на відповідну оправлення. Литі пластмаси виготовляються за допомогою процесу лиття під тиском. Попередньо підігрітий матеріал в напіврідкому стані примусово подається в прес-форму і оформляється в виріб або заготівлю. Преспорошковие пластмаси виходять шляхом пресування заздалегідь приготовленої порошкової суміші, яка поміщається в порожнину прес-форми і під дією тиску ущільнюється, набуває монолітне будова і приймає відповідну форму.
По застосуванню пластмаси поділяються на такі основні групи:
1. Конструкційні пластмаси. Матеріали цієї групи можна розділити на дві підгрупи: а) застосовуються для силових деталей літальних апаратів; б) призначені для несилових деталей, таких, як корпуса приладів, рукоятки, кнопки і багато інших подібних вироби.
До першої підгрупи відносяться головним чином стеклотекстолит, скловолокнистий анізотропний матеріал і текстоліт, які характеризуються високими показниками механічної міцності. В якості основних матеріалів другої підгрупи ледве-дует назвати преспорошковие і волокнисті композиції на основі феноло-формальдегідних смол, амінопласти і інші.
2. Теплозахисні пластмаси, що застосовуються для захисту деталей конструкцій літальних апаратів від високотемпературних газових потоків великій швидкості. Основними матеріалами цієї групи є асботекстоліт і стеклотекстолит. Теплозащитное дію цих матеріалів засноване на явищі абляції. Це явище являє собою складний процес руйнування захисної пластмаси в газовому потоці, причому на процес руйнування витрачається велика кількість тепла, внаслідок чого тепловий потік не досягає захищається.
3. Хімічно стійкі пластмаси, використовувані для виготовлення деталей, що працюють в агресивних середовищах. Основними представниками цих матеріалів є фторопласти, поліетилен і поліхлорвініл.
4. Теплоізоляційні пластмаси, призначені для теплової ізоляції ємностей, приладових і рухових відсіків, холодильних установок та інших. В якості теплоізоляційних матеріалів застосовуються в основному пінопласти. Хороші теплоізоляційні якості їх визначаються низьким коефіцієнтом теплопровідності пінопластів.
5. Матеріали прокладок і ущільнювачів пластмаси, що застосовуються для виготовлення різних прокладок, ущільнювачів сальників та інших виробів подібного призначення. До матеріалів цієї групи відносяться гнучкий текстоліт, поліхлорвініл, поліетилен і фторопласти. Застосування того чи іншого з цих матеріалів визначається конкретними умовами, зокрема середовищами, в яких працюють прокладки і ущільнення.
6. Фрикційні пластмаси, що застосовуються для виготовлення деталей гальмівних систем і фрикційних передач. Основними матеріалами цієї групи є асботекстоліт і пресувальні композиції з азбестовим наповнювачем. Вони мають великий коефіцієнт тертя, стійкість проти стирання і хорошу теплостійкість, що навіть визначаються необхідні експлуатаційні якості цих матеріалів.
7. Матеріали із спеціальними фізичними властивостями. До них відносяться електроізоляційні, радіопрозорих, світло-прозорі і інші пластмаси. Як електроізоляційних і радіопрозорих застосовуються, головним чином, гетинакс, склотекстоліт, текстоліт, поліетилен, полістирол і винипласт, а в якості світлопрозорих - органічне скло, целулоїд і триплекс.
8. Інші матеріали. До цієї групи пластмас відносяться обличкувально-декоративні, оздоблювальні, антифрикційні та інші, застосування яких в конструкціях літальних апаратів обмежується маловідповідальних деталями або зовсім не зустрічається. Разом з тим використання таких пластмас має місце в інших галузях техніки або народного господарства.