Пластмассы

Вопрос 34. Общая характеристика полимерных материалов:
каучук, резина, пластмасса.
Полимерные материалы представляют собой сложные вещества,
получаемые сочетанием нескольких веществ, одним из которых является
полимер.
К полимерным материалам относятся резины, пластмассы,
лакокрасочные материалы, клеи и герметики, применяемые в различных
областях народного хозяйства.
Резина
Основная масса каучуков (70%) идет на производство резины.
Синтетические
каучуки
(эластомеры)
получают
эмульсионной
полимеризацией. Промышленность выпускает большое число синтетических
каучуков (СК), свойства которых зависят от типа мономера. Каучуки
получают также совместной полимеризацией двух или более мономеров.
Различают СК общего и специального назначения. Бутадиеновый [- CH2 –
CH = CH – CH2 -] n и бутадиенстирольный [- CH2 – -CH (C6H5) -] n каучуки
относятся к каучукам общего назначения. Каучуки специального назначения
характеризуются некоторыми специальными свойствами:

бутадиеннитрильный СК [- CH2 – CH = CH – CH2 -] n - [- CH2 – CH (CN) -] n бензо - и маслостоек;

хлоропреновый СК [- CH2 – CCl = CH – CH2 -] n теплостоек и
негорюч;

полиуретановый СК износостоек.
Технологический процесс получения резины из каучука называется
вулканизацией. Вулканизатором служит сера.
При содержании серы от 0,5 до 5% от массы каучука полученная
резина обладает эластическими свойствами, а при большем содержании
(20%) продуктом реакции является эбонит, широко применяемый в
электротехнике.
Резины на основе каучуков общего назначения используются в
изделиях массового спроса, таких, как шины, защитные оболочки кабелей и
проводов, ленты и т.д.
Резины на основе каучуков специального назначения обладают
особыми
ценными
свойствами,
присущими
самим
каучукам.
Кремнийорганические каучуки (силиконы) содержат атомы кремния в
элементарных звеньях макромолекул:
R
│
(- O –Si -) n
│
R
или
R
│
(- Si – R –) n
│
R
Характерной особенностью этих полимеров является высокая тепло- и
морозостойкость, высокая эластичность. Силиконы растворяются в
ароматических и алифатических растворителях (эфирах, хлороуглеродах).
Диметилсилоксановый и метилвинилсилоксановый кремнийорганические
каучуки имеют плотность 0, 96 – 0, 98 г/см3, температуру стеклования 130оС.
Для получения резин их вулканизируют с помощью органических
пероксидов. Такие резины могут эксплуатироваться при температуре от – 90
до
+300оС,
обладают
атмосферостойкостью,
высокими
электроизоляционными свойствами.
Пластмассы
Пластмассы – это полимерные материалы, основным компонентом
которых являются полимеры в стеклообразном состоянии (пластики). Кроме
полимера в состав пластика входят так называемые «модификаторы»:

наполнители – инертные к полимеру неорганические и
органические вещества, повышающие механические свойства материала;
полимерные материалы с волокнистыми наполнителями (льняные волокна,
стекловолокна, органические волокна) называются волокнитами, со
слоистыми наполнителями (бумага, хлопчатобумажная ткань) –
соответственно гетинаксом и текстолитом, газонаполненные (пузырьки
воздуха или инертного газа) – поропластами, сотопластами и пенопластами.
Часто в качестве наполнителей используются порошки мела или сажи.

стабилизаторы (антиоксиданты) – вещества, препятствующие
разложению (деструкции) полимера;

красители – вещества, придающие материалу окраску;

пластификаторы – низкомолекулярные вещества (олеиновая
кислота, стеарин, органические эфиры фталевой кислоты), так называемые
«мягчители», влияющие на физико – механические свойства полимера
(повышающие эластичность и морозостойкость материала за счет изменения
температур стеклования и текучести).
Все пластмассы подразделяются на термопласты и реактопласты. При
формовании реактопластов происходит отвердевание с образованием
сетчатой структуры. К реактопластам относят полимерные материалы на
основе
фенолформальдегидных
смол
(ФФС),
а
также
мочевиноформальгегидных (МФС), эпоксидных и др. Их используют как
основу клеев, лаков, ионитов, пластмасс.

Феноло- и аминоформальдегидные смолы получают по реакции
поликонденсации формальдегида с фенолом или аминами (мочевиной).
Пластмассы на основе ФФС называют фенопластами, на основе МФС –
аминопластами. Наполнителями их служат бумага и картон (материал
называют гетинаксом), ткань (получают текстолит), древесина, кварцевая
мука. Фенопласты стойки к действию воды, растворов кислот, щелочей,
солей, органических растворителей, трудногорючи, атмосферостойки,
хорошие диэлектрики. Из фенопластов изготовляют печатные платы,
корпуса
электрои
радиотехнических
изделий.
Аминопласты
характеризуются высокими диэлектрическими и физико–механическими
свойствами, устойчивы к действию света и УФ – лучей, трудногорючи,
стойки к действию растворителей. Хорошо окрашиваются в любые цвета.
Применяются для изготовления корпусов приборов и аппаратов, плафонов,
выключателей.
Термопласты способны многократно переходить в вязкотекучее
состояние при нагревании и стеклообразное – при охлаждении. К
термопластам относятся материалы на основе полиэтилена (ПЭ),
политетрафторэтилена, полипропилена (ПП), поливинилхлорида (ПВХ),
полистирола (ПС), полиамидов (ПА).

Полиэтилен (-СН2– СН2-)n – термопласт, получаемый
радикальной полимеризацией при температуре 320 оС и давлении 120 – 320
МПа (высокого давления) или давлении 5 МПа с катализаторами (низкого
давления). ПЭ низкого давления имеет более высокую плотность, прочность,
эластичность и температуру размягчения, чем ПЭ высокого давления. ПЭ
химически стоек во многих средах, но стареет под действием окислителей.
Хороший диэлектрик. Эксплуатируется при температурах -20 - + 100оС. Из
полиэтилена изготавливают трубы, электротехнические изделия, детали
радиоаппаратуры, изоляционные пленки, оболочки кабелей.

Полипропилен (-СН(СН3)–СН2-)n – кристаллический термопласт,
получаемый методом полимеризации. Обладает термостойкостью (120 140оС). Имеет высокую механическую прочность, стойкость к
многократным изгибам и истиранию, эластичен. Из ПП изготавливают
трубы, пленки, аккумуляторные баки.

Полистирол (-СН(С6Н5)–СН2-)n – термопласт, получаемый
радикальной полимеризацией стирола. Стоек к действию окислителей, но
растворим в ароматических растворителях и неустойчив к действию
сильных кислот. ПС обладает высокой механической прочностью,
хорошими
диэлектрическими
качествами.
Его
используют
как
электроизоляционный, конструкционный и декоративно – отделочный
материал в приборостроении, электро-, радио- и бытовой технике. На основе
ПС выпускают пенопласты.

Поливинилхлорид (-СН2–СНCl-)n – термопласт, изготовляемый
полимеризацией винилхлорида, стоек к воздействию кислот, щелочей и
окислителей. Растворим в органических растворителях (циклогексане,
тетрагидрофуране, ограниченно – в бензоле и ацетоне). ПВХ механически
прочен, трудногорюч (изоляционный материал на основе ПВХ можно
сваривать). Промышленность выпускает непластифицированный жесткий
ПВХ, называемый винипластом, и пластифицированный (мягкий,
эластичный) – пластикат ПВХ, основу искусственной кожи и линолеума. Из
поливинилхлорида изготовляют плащи, трубы, облицовочные плитки,
латексные краски.
Синтетические смолы (алкидные, фенолформальдегидные, эпоксидные
и др.) и полимеры (полиамиды, фторопласты, силиконы) применяют в
качестве основы композитов (композиционных полимерных материалов).
Полимерная основа композита армирована наполнителем в виде волокон
или нитевидных кристаллов. Армирующие волокна могут быть
металлическими,
полимерными,
неорганическими
(стеклянными,
карбидными,
нитридными,
борными).
Назначение
армирующих
наполнителей – создание определенных механических, теплофизических и
электрических свойств полимеров. Полимерные композиты, армированные
стекловолокном (стеклопластики), по прочности на разрыв не уступают
металлам и имеют хорошие электроизоляционные свойства; армированные
углеродными волокнами (углепластики), сочетают высокую прочность и
вибростойкость с хорошей теплопроводностью и химической стойкостью.
Боропластики, армированные борными волокнами, также имеют высокую
прочность и твердость. Указанные свойства полимерных композитов
позволяют
использовать
их
как
конструкционные,
электро-,
теплоизоляционные, коррозионностойкие, антифрикационные материалы в
автомобильной, станкостроительной, электротехнической, авиационной,
горнорудной промышленности, космической технике и химическом
машиностроении.