Основные понятия

Пластические массы или пластмассы - это группа материалов, состоящих полностью или частично из полимеров и обладающих на некоторой стадии переработки пластичностью. Пластичность - способность тела к пластической деформации, которая заключается в изменении формы тела под влиянием внешних механических усилий без нарушения связи между частицами. При этом новая форма сохраняется после прекращения внешних воздействий. Механическая прочность отдельных видов пластмасс превышает прочность дерева, металла и керамики, в то же время они значительно легче этих материалов. Пластические массы могут быть не только твердыми, но и эластичными, как каучук. Они отличаются высокими диэлектрическими свойствами и без труда подвергаются переработке в готовые изделия самых различных и сложных форм: легко прессуются, отливаются, шлифуются, полируются, вытягиваются в нити и плёнки. Эти замечательные качества пластических масс обеспечили им широчайшее распространение в технике при изготовлении деталей машин, приборов, в производстве летательных аппаратов, автомобилей, вагонов, судов и т.п., в медицине, быту и сельском хозяйстве. Трудно назвать отрасль народного хозяйства, в которой бы не применялись пластические массы. Однако пластмассы имеют низкую теплостойкость, подвержены "старению". Большинство из них может работать при температурах до 150 градусов и только некоторые до 300. Старение пластических масс - процесс, при котором под влиянием различных факторов (окисления, облучения и т.п.) изменяются состав и структура макромолекул.

Примеры пластических масс

Некоторые пластические массы состоят только из полимера - простые пластмассы, другие представляют собой композицию, в которой помимо полимера присутствуют наполнители, пластификаторы, красители, отвердители, стабилизаторы - наполненные пластмассы. Основой всякой пластмассы являются высокомолекулярные полимерные вещества, связывающие воедино все компоненты композиции. Эти полимеры называются связующими. Наполнители - вещества непластичные. Это могут быть тонко измельченные твердые материалы - древесная мука, гипс, каолин, сажа, графит, тальк и др., волокнистые - хлопок, текстильные очесы, асбестовое волокна и т.д. Наполнители улучшают механические и химические свойства пластмасс, например, повышают теплостойкость, прочность, не горючесть, водостойкость, электроизоляционные свойства, улучшают внешний вид и т.п. Поскольку в качестве наполнителей используют дешевые вещества, введение их в композицию снижает стоимость готовых изделий. Пластификаторы - вещества, главным образом жидкости, добавление которых в композицию облегчает переход смеси в пластическое состояние, а, следовательно, улучшает процесс формирования изделий из пластических масс. В качестве пластификаторов используют камфору, касторовое масло, дибутилфталат и другие вещества. Красители вводят в смеси для придания изделиям определённой окраски. Отвердители добавляют в смесь для изменения структуры полимеров - превращение линейных молекул в пространственные и тем самым получения нерастворимой и твердой массы. Стабилизаторы - вещества, способствующие сохранению первоначальных свойств полимеров и предотвращающие изменение их свойств со временем. Пластические массы в зависимости от химической природы и способа синтеза полимеров делятся на четыре группы:

1. Пластмассы на основе высокомолекулярных соединений, полученных цепной полимеризацией: пластмассы на основе полимеров этилена, винилового спирта и их производных.

2. Пластмассы на основе высокомолекулярных соединений, полученных поликонденсацией: пластмассы на основе фенолоальдегидных (фенопласты), аминоформальдегидных смол (аминопласты) и др.

3. Пластмассы, содержащие природные полимеры: простые и сложные эфиры целлюлозы (целлулоид, этролы), белковые вещества (галлалит) и др.

4. Пластмассы на основе природных и нефтяных асфальтов, а также на основе смол.

Кроме того, в промышленности получают пластмассы смешанного типа, которые содержат смолы различных классов; при этом получают материалы, обладающие разнообразными свойствами. В зависимости от типа полимеров, входящих в состав пластических масс, различают термопластичные пластмассы (термопласты) и термоактивные пластмассы.

Изготовление изделий из пластмасс.

Методы переработки пластмасс основаны на свойствах полимеров приобретать пластичность и текучесть при воздействии на них температуры и давления и сохранять затем в обычных условиях приданную им форму. Пластмассы в зависимости от поведения их при нагревании делят на термореактивные и термопластичные, поэтому принадлежность к одной из этих групп определяет и методы их переработки. Например, при переработке термопластов материал сохраняет плавкость в готовом изделии и может быть переработан повторно в отличие от термореактивных материалов, у которых при переработке под влиянием температуры и давления происходят химические процессы, в результате которых получаемое изделие становится неплавким и нерастворимым. Основные способы переработки пластических масс в изделия: прямое прессирование, литье под давлением, экструзия, формирование из листа, изготовление изделий намоткой, сварка и механическая обработка. Прямое прессирование применяется в основном при переработке термореактивных смол. При этом способе полимер (в виде порошка или таблеток) помещают в оформляющую полость нижней части пресс-формы - матрицу и нагревают с помощью пара или электричества. материал при этом расплавляется и под давлением пуансона заполняет ее рабочую часть. После остывания форму раскрывают и вынимают изделие. Прямое прессирование изделий из термопластических смол применяется редко, так как при этом полученное изделие нужно выдерживать в форме до полного охлаждения, что увеличивает длительность процесса. Литье под давлением применяют при переработке в изделия термопластических материалов - полиэтилена, полистирола и др. Порошкообразный или гранулированный материал подают в загрузочную воронку, из которой он поступает в обогреваемую камеру. В ней остается пластичным и приобретает способность течь под давлением. В этой камере перемещается плунжер, приводимый в движение от мотора. При движении плунжера вперед размягченный материал через сопло попадает в холодную форму, где он затвердевает. После выдавливания материала плунжер отходит назад, и при этом из загрузочной воронки в камеру поступает новая порция порошкообразного материала. Далее плунжер перемещается вперед и т.д. Такой способ позволяет быстро осуществлять все операции и не требует охлаждения формы. Метод выдавливания, или экструзия, позволяет изготовлять из полимерных материалов листы, пленки, стержни, трубы и т.п. Такие изделия можно получать только при непрерывном процессе формирования, что и достигается с помощью специальных машин - экструдеров . Экструдеры имеют загрузочную воронку, через которую подается порошкообразный материал, и цилиндрическую камеру, внутри которой вращается близко прилегающий к стенкам камеры шнек. При вращении шнека материал вначале поступает в обогреваемую зону камеры, где он становится пластичным, а затем продавливается через оформляющую головку - мундштук экструдера. Форма оформляющей головки экструдера определяет профиль получаемого изделия. При выходе из головки экструдера изделие быстро охлаждают. Этот метод позволяет также наносить пластмассы на проволоку и другие изделия. Формирование из листа применяется при переработке термопластичных материалов и получения из них изделий сложной формы, с большой поверхностью и малой толщиной стенок. Из листа изготавливается заготовка, которая нагревается до высоко эластичного состояния, затем она закрепляется на матрице штампа, установленного на неподвижной плите пресса. После этого на нее воздействуют пуансоном. Выдержка заготовки между матрицей и пуансоном осуществляется до тех пор, пока она не охладится и не зафиксируется приданная форма. Сварку пластмасс применяют для соединения деталей, полученных из термопластичных материалов. Нагрев соединяемых деталей осуществляют газовыми теплоносителями, теплотой трения, токами высокой частоты и ультразвуком. Выбор способа сварки (температура нагрева, времени выдержки) зависит от свойств материала, подлежащего сварке, формы, назначения и условий эксплуатации изделия. Механической обработке подвергают все виды пластмасс. Ее осуществляют на обычных деревообрабатывающих, металлорежущих, специальных станках и вручную.