Составные части и классификация пластмасс
По строению пластмассы представляют собой смеси различных исходных материалов, основными из которых являются связующие вещества и наполнители. Кроме того, в состав пластмасс входят пластификаторы, растворители, красители и др.
Связующими веществами в пластмассах служат в основном синтетические материалы органического происхождения. Находят применение также эфиры целлюлозы, а иногда и естественные смолы. Из группы синтетических материалов в качестве связующих веществ для пластмасс применяются главным образом синтетические смолы; они могут быть термопластичными или термореактивными.
Термопластичные смолы, твердые в холодном состоянии, при нагревании размягчаются, а при охлаждении вновь затвердевают; пластичность их связана с изменением температуры. При нагревании термореактивных смол в них происходят коренные структурные превращения, вызывающие переход в твердое неплавкое состояние. Повторный нагрев этих смол не делает их пластичными.
При изменении температуры механические свойства пластмасс на основе термореактивных смол более устойчивы по сравнению со свойствами термопластичных материалов (рис. 1).
Наполнители, вводимые в пластмассы для улучшения физико-механических свойств, а иногда при дорогом связующем и для уменьшения стоимости пластмасс подразделяются на слоистые волокнистые, порошковые и газовые. К слоистым относятся ткани (в том числе из стекловолокна), бумага и древесный шпон. Волокнистыми наполнителями являются различные естественные и синтетические волокна, например хлопковые, льняные, асбестовые, стеклянные и другие.
В качестве порошковых наполнителей находят применение древесная мука, сульфатная целлюлоза, графит, мрамор, кизельгур, тальк и другие. Газовыми наполнителями служат различные газы, получаемые при разложении порофоров в процессе нагрева смеси при получении пластмассы.
Пластификаторы предназначаются для улучшения технологических свойств, главным образом пластичности, необходимой для облегчения процесса прессования изделий из пластмасс, а также увеличивают морозостойкость и эластичность и уменьшают горючесть пластмасс. Действие пластификатора сводится к тому, что он образует тонкую пленочку вокруг частиц материала и тем облегчает их относительное перемещение при прессовании. В качестве пластификаторов применяются олеиновая кислота, стеарин, стеарат алюминия, касторовое масло, камфора и некоторые другие вещества.
Растворители вводятся для улучшения однородности исходных смесей и облегчения процесса получения изделий из пластмасс. Они представляют собой легко испаряющиеся органические вещества, способные растворять связующие и вводимые в качестве технологической добавки. Из готовых изделий растворители удаляются испарением при нагревании.
Красители представляют собой различные пигментирующие вещества, вводимые в пластмассы для придания им требуемой окраски.
Классификация пластмасс представляет собой подразделение этих материалов по наиболее характерным признакам, что облегчает изучение их и способствует рациональному применению в конструкциях.
Пластмассы классифицируются по виду, принципу получения и физико-механическим свойствам связующего вещества, по типу наполнителя, методу изготовления и по применению.
Рис. 1. Зависимость прочности от температуры: 1 — термопластичной смолы; 2 — термореактивной смолы
Рассмотрим классификацию пластмасс по этим основным признакам:
По виду связующего вещества различают пластмассы на основе а) синтетических смол, б) эфиров целлюлозы и в) естественных смол. Поскольку основными пластмассами в настоящее время являются композиции на основе синтетических смол, намечается подразделение их по названию смолы, например феноло-формальдегидные, мочевино-формальдегидные (карбамидные), эпоксидные, фуриловые, полисилоксановые (кремнийорганиче-ские), полиэфирные, полиэтиленовые, поливинилхлоридные, полистироловые, полиакриловые и другие.
По принципу получения связующего вещества различают пластмассы на основе поликонденсационных и полимеризацион-ных смол.
Поликонденсационные смолы являются продуктами реакции поликонденсации, при которой образование сложных молекул смолы, имеющих, как известно, большой молекулярный вес, происходит в результате взаимодействия простых молекул разных веществ, обладающих малым молекулярным весом. В процессе этой реакции, наряду с образованием основного продукта — смолы происходит выделение простого вещества — конденсата, например, воды.
Полимеризационные смолы являются продуктами реакции полимеризации, при которой образование молекул смолы — полимера — происходит в результате объединения большого количества молекул одного и того же исходного вещества — мономера. Наряду с полимеризационными смолами при производстве пластмасс применяются сополимеры, получающиеся при полимеризации простых молекул не одного, а двух или нескольких исходных веществ.
В последнее время начинает использоваться еще одна группа материалов, представляющих собой синтетические вещества, в которых к основным молекулам привиты молекулы другого вещества. При этом оказывается возможным получить материалы с теми или иными заранее заданными свойствами. Так, например, если к молекулам полистирола привить каучук, то новый материал, обладая высокими диэлектрическими свойствами полистирола, получит дополнительную высокую прочность при ударных нагрузках.
По физико-механическим свойствам связующего вещества пластмассы подразделяются на термореактивные и термопластичные. Термореактивные пластмассы обладают высокими и стабильными при изменении температуры механическими свойствами; они применяются главным образом в качестве конструкционных материалов. Термопластичные пластмассы, имея худшие механические свойства по сравнению с термореактивными, обладают высокими значениями ряда специальных свойств и применяются, главным образом, в качестве электро- и радиотех-нических прозрачных материалов, а также для изготовления деталей и корпусов приборов, рукояток управления, кнопок и тому подобных изделий.
По типу наполнителя различают четыре группы пластмасс: слоистые, волокнистые и порошковые, пластмассы без наполнителя и газонаполненные пластмассы. К слоистым пластмассам относятся: материалы с тканевым наполнителем — стеклотекстолит, асботекстолит, текстолит; с, наполнителем в виде бумаги — гетинакс; в виде древесного шпона — дельта-древесина и в виде стеклошпона — стекловолокнистые анизотропные материалы (СВАМы).
К волокнистым пластмассам относятся материалы с наполнителем в виде асбестовых волокон, хлопковых и льняных волокон, капронового и нейлонового волокон, стекловолокна, графитового волокна и других. К порошковым пластмассам относятся материалы, изготавливаемые из преспорошковых композиций. Они применяются для деталей приборов, рукояток управления и других изделий, получаемых из преспорошков непосредственно на машиностроительных заводах.
К пластмассам без наполнителя относятся различные прозрачные материалы на основе полиакриловых смол и нитроцеллюлозы, материалы на основе полистирола, полиэтилена, фторопласты и другие. К газонаполненным относятся пенопласты, поропласты и сотопласты.
По методу изготовления различают пластмассы слоистые, литые и преспорошковые. Слоистые пластмассы получаются прессованием пакетов листов пропитанного в смоле наполнителя; при этом получаются полуфабрикаты в виде плит или листов. Трубы из слоистых пластиков получаются методом намотки пропитанного смолой наполнителя на соответствующую оправку.
Литые пластмассы изготовляются с помощью процесса литья под давлением. Предварительно подогретый материал в полужидком состоянии принудительно подается в пресс-форму и оформляется в изделие или заготовку. Преспорошковые пластмассы получаются путем прессования заранее приготовленной порошковой смеси, которая помещается в полость пресс-формы и под действием давления уплотняется, приобретает монолитное строение и принимает соответствующую форму.
По применению пластмассы подразделяются на следующие основные группы:
1. Конструкционные пластмассы. Материалы этой группы можно разделить на две подгруппы: а) применяемые для силовых деталей летательных аппаратов; б) предназначенные для несиловых деталей, таких, как корпуса приборов, рукоятки, кнопки и многие другие подобные изделия.
К первой подгруппе относятся главным образом стеклотекстолит, стекловолокнистый анизотропный материал и текстолит, характеризующиеся высокими показателями механической прочности. В качестве основных материалов второй подгруппы еле-дует назвать преспорошковые и волокнистые композиции на основе феноло-формальдегидных смол, аминопласты и другие.
2. Теплозащитные пластмассы, применяемые для защиты деталей конструкций летательных аппаратов от высокотемпературных газовых потоков большой скорости. Основными материалами этой группы являются асботекстолит и стеклотекстолит. Теплозащитное действие этих материалов основано на явлении абляции.
Это явление представляет собой сложный процесс разрушения защитной пластмассы в газовом потоке, причем на процесс разрушения затрачивается большое количество тепла, вследствие чего тепловой поток не достигает защищаемой конструкции.
3. Химически стойкие пластмассы, используемые для изготовления деталей, работающих в агрессивных средах. Основными представителями этих материалов являются фторопласты, полиэтилен и полихлорвинил.
4. Теплоизоляционные пластмассы, предназначенные для тепловой изоляции емкостей, приборных и двигательных отсеков, холодильных установок и других. В качестве теплоизоляционных материалов применяются в основном пенопласты. Хорошие теплоизоляционные качества их определяются низким коэффициентом теплопроводности пенопластов.
5. Прокладочные и уплотнительные пластмассы, применяемые для изготовления различных прокладок, уплотнительных сальников и других изделий подобного назначения. К материалам этой группы относятся гибкий текстолит, полихлорвинил, полиэтилен и фторопласты. Применение того или иного из этих материалов определяется конкретными условиями, в частности средами, в которых работают прокладки и уплотнения.
6. Фрикционные пластмассы, применяемые для изготовления деталей тормозных систем и фрикционных передач. Основными материалами этой группы являются асботекстолит и прессовочные композиции с асбестовым наполнителем. Они имеют большой коэффициент трения, стойкость против истирания и хорошую теплостойкость, чем и определяются необходимые эксплуатационные качества этих материалов.
7. Материалы со специальными физическими свойствами. К ним относятся электроизоляционные, радиопрозрачные, свето-прозрачные и другие пластмассы. В качестве электроизоляционных и радиопрозрачных применяются, главным образом, гетинакс, стеклотекстолит, текстолит, полиэтилен, полистирол и винипласт, а в качестве светопрозрачных — органическое стекло, целлулоид и триплекс.
8. Прочие материалы. К этой группе пластмасс относятся облицовочно-декоративные, отделочные, антифрикционные и другие, применение которых в конструкциях летательных аппаратов ограничивается малоответственными деталями или совсем не встречается. Вместе с тем использование таких пластмасс имеет место в других отраслях техники или народного хозяйства.
