ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ И ИХ СВОЙСТВА

Полимеры являются основой пластических масс, к которым по своим физико-механическим свойствам относятся пороха и РТТ. Прежде рассмотрим общие физико-технические (технологические, эксплуатационные) свойства пластмасс — пластиков. При формовании изделий из пластмасс их основа — полимеры находятся в вязкотекучем или высокоэластическом состоянии, а при эксплуатации — в стеклообразном или кристаллическом состоянии. В зависимости от характера процессов, сопутствующих формованию изделий, пластмассы делятся на реактопласты и термопласты. К числу реактоплас-тов относятся материалы, переработка в изделия которых сопровождается химической реакцией образования сетчатого полимера — отверждением; при этом пластик необратимо утрачивает способность переходить в вязкотскучее состояние (раствор или расплав). При формовании изделий из термопластов не происходит отверждения материал в изделии сохраняет способность переходить вновь в вы-сокоэластичсскос или в вязкотекучее состояние.

Пластмассы обычно состоят из нескольких взаимно совмещающихся и несовмещающихся компонентов. При этом помимо полимеров в состав пластмасс могут входить наполнители, пластификаторы, понижающие температуру текучести и вязкости полимеров, стабилизаторы, замедляющие его старение, красители и другие специальные добавки. Пластмассы могут быть однофазными (гомогенными) или многофазными (гетерогенными, композиционными) материалами. В гомогенных пластмассах полимер является основным компонентом, определяющим свойства материала. Остальные компоненты растворены в полимере и способны улучшить те или иные его свойства. В гетерогенных пластмассах полимер выполняет функцию дисперсной среды (связующего) по отношению к диспергированным в нем компонентам, составляющим самостоятельные фазы. Распределение внешнего воздействия на компоненты гетерогенного пластика обеспечивается прочным сцеплением связующего с частицами наполнителя, достигаемым абсорбцией или химической реакцией связующего с поверхностью наполнителя.

Наполненные пластики. Наполнитель в пластмассах может быть в газовой или конденсированной фазе. К числу газонаполненных пластиков относятся пенопласты и поропласты — материалы, наиболее легкие из всех пластмасс. Их кажущаяся плотность составляет обычно от 0,02 до 0,8 г/см3. В случае конденсированного наполнителя его модуль упругости может быть ниже (низкомодульные наполнители) или выше (высокомодульные наполнители) модуля упругости связующего.

Низкомодульные наполнители, не понижая теплостойкости и твердости полимера, придают материалу повышенную устойчивость к знакопеременным и ударным нагрузкам, т.е. эластичность. В качестве таких наполнителей (их иногда называют эласгификаторами) используют эластомеры — полимеры, способные к большим обратимым, высокоэластическим деформациям в широком диапазоне температур (для большинства эластомеров — от -60 до +200°С). Типичные представители эластомеров — каучуки и резины на их основе. Синтетические каучуки, такие как бутадиеновый, стирольный, изопре-новый, изобутиловый, благодаря их эластическим свойствам используют в качестве горючего связующего в производстве смесевых ракетных твердых топлив.

Эластомеры и эластифицированные пластмассы характеризуются более высоким коэффициентом термического расширения и более низкой деформационной устойчивостью по сравнению с жесткими полимерами — основой пластмасс. Чем выше модуль упругости наполнителя и степень наполнения им материала, тем выше деформационная устойчивость наполненного пластика.

Свойства пластмасс с твердым наполнителем определяются степенью наполнения и типом наполнителя, а также связующего; прочностью сцепления на границе контакта; толщиной пограничного слоя; формой, размерами и взаимным расположением частиц наполнителя. Пластмассы с частицами наполнителя малых размеров, равномерно распределенными по материалу, характеризуются изотропией свойств, оптимум которых достигается при степени наполнения, обеспечивающей адсорбцию всего объема связующего поверхностью частиц наполнителя. При повышении температуры и давления часть связующего десорбируется с поверхности наполнителя. Благодаря этому материал можно формовать в изделия сложных форм с хрупкими армирующими элементами. Мелкие частицы наполнителя в зависимости от их природы повышают до различных пределов модуль упругости изделия, его твердость, прочность, придают ему фрикционные, антифрикционные, теплоизоляционные, теплопроводящие, электропроводящие свойства.

Применение в качестве наполнителей природных и синтетических органических волокон, а также неорганических волокон (стеклянных, кварцевых, углеродных, борных, асбестовых) резко повышает прочность материала, однако ограничивает выбор методов формования и затрудняет изготовление изделий сложной конфигурации. Упрочняющая роль волокон в волокнистых материалах, наполненных химическими волокнами (органоволокнитах), карбоволокнис-тых (углеродопласты) и стекловолокнистых проявляется уже при длине волокна 2—4 мм. С увеличением длины волокна прочность возрастает благодаря их взаимному переплетению и понижению напряжений в связующем (при высокомодульном наполнителе), локализованных по концам волокон.

Основные виды и свойства термопластов. Среди термопластов наиболее разнообразно применение полиэтилена, поливинилхлорида и полистирола. Они используются в виде гомогенных, газонаполненных и наполненных минеральными порошками или синтетическими органическими волокнами пластмасс, которые характеризуются более-менее четко выраженными свойствами: легко формуются и свариваются в изделия сложных форм; устойчивы к ударным и вибрационным нагрузкам; химически стойки; обладают высокой электроизоляционной способностью (относительная диэлектрическая проницаемость ?ч = 2,1—2,3; для сравнения у каменной соли NaCl еч = 6,3; у дерева ?ч = 2,2—3,7; у алмаза С ?ч = 5,7; у кварца SiO-, ?ч = 4,3). Термостойкость перечисленных термопластов находится в пределах 60—80°С, коэффициент теплового (линейного) расширения высок и составляет а = 1-10 4 К'1; для сравнения у кремния Si а = 2,5-10-6 Кг1; у алмаза С а = 1,2-10_6 К-1; у кварца 510-, вдоль оси а = 7,8-10-6 Кг1; у алюминия А1 а = 25 -10-6 К-1; у глицерина С2Н5(ОН)3 а = 5~4 К-1; у этилового спирта С2Н?ОН (3 = 16,59 • 10“4 К-1. Их свойства резко меняются при незначительном изменении температуры, деформационная устойчивость нагрузке низкая.

Пластмассы с более высокой термостойкостью (100—130°С) и менее резким изменением свойств при повышении температуры производят на основе полипропилена, полиформальдегида,поликарбонатов, полиакрилатов, полиамидов. При формовании изделий из термопластов нет необходимости в реакции отверждения. Это дает возможность предельно интенсифицировать процесс переработки материала. Основные методы формования изделий из термопластов — литье под давлением, экструзия, вакуум- и пневмоформование. Поскольку вязкость расплава термопластов велика, их формование на литьевых машинах или экструдерах требует значительных удельных давлений — 30—130 МН/м2 (300 — 1300 кгс/см2). Исследования проводятся экспериментальным путем по кривым ечТ, полученным при непрерывной записи деформации и температуры в каждом опыте.

Основные виды реактопластов и их свойства. После окончания формования изделий из реактопластов полимерная фаза приобретает сетчатую (трехмерную) структуру — пластмасса твердеет. Благодаря этому отвержденные реактопласты имеют более высокие, чем термопласты, показатели по твердости, модулю упругости, теплостойкости, усталостной прочности, более низкий коэффициент теплового расширения; при этом свойства отвержденных реактопластов не столь резко зависят от температуры, как свойства термопластов. Однако неспособность отвержденных реактопластов переходить в вязкотекучее состояние вынуждает проводить синтез полимера в несколько стадий. Реактопласты с любым наполнителем изготавливают, применяя в качестве связующего фенолформальдегидные смолы, часто эластифицированные поливинилбутиралем, бутадиеннитриль-ным каучуком, полиамидами, поливинилхлоридом (такие материалы называются фенопластами), эпоксидные смолы.

Для придания пластических и эластических свойств жестким полимерам широкое применение нашли пластификаторы. Благодаря применению пластификаторов (иногда их называют мягчителями) облегчается диспергирование в полимерах наполнителей и других сыпучих ингредиентов, снижаются температуры переработки композиций на технологическом оборудовании. Некоторые пластификаторы придают полимерным материалам негорючесть, с вето-, термо-, морозо-, влагостойкость и другие ценные специальные свойства. В качестве пластификаторов используют нелетучие, химически инертные продукты, способные совмещаться в физико-химическом отношении с полимерами, т.е. образовывать с ними устойчивые композиции при введении достаточно больших количеств пластификатора (иногда до 100% в расчете на массу полимера). К распространенным пластификаторам относятся эфиры органических и неорганических кислот, например дибутилфталат, ди-(2-этилгексил)фталат, дибутилсебацинат, трикрезил- и трибутилфосфат; продукты нефтепереработки, например масла нефтяные; продукты переработки каменного угля и древесных материалов, например кумароноиндено-вые смолы, канифоль; эпоксидированные растительные масла и другие вещества.

Для совмещения полимеров с пластификаторами, т.е. для пластификации полимеров, используют различные способы: диспергирование полимера в растворе или эмульсии пластификаторов; добавление пластификаторов к мономерам перед их полимеризацией или поликондснсацисй; введение пластификаторов в многокомпонентную полимерную композицию и другие способы. Наибольшее значение пластификаторы имеют при переработке пластмасс. Важную роль они играют также в производстве резины, лакокрасочных материалов, порохов и РТТ.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >