Види пластмас і сфери їх застосування

Відео: Хімія 72. Основні види пластмас - Академія цікавих наук

Пластмасами називають такі матеріали, які містять в якості основного компонента (сполучного) полімер. На певній стадії отримання пластмас вони володіють пластичністю, т. Е. Здатністю під впливом теплоти і тиску приймати необхідну форму.

У найбільш повному за складом вигляді пластмаси складаються з полімеру (сполучного), наповнювача, пластифікатора, барвника, стабілізатора, затверджувача, каталізатора, що змазує речовини. В окремих випадках вони складаються тільки з одного полімеру, а в більшості інших - з полімеру і деяких перерахованих компонентів.

Полімер є основою будь-якої пластмаси, він пов`язує компоненти пластмаси в монолітне ціле, надає їй основні характеристики.

Полімерами називають високомолекулярні речовини, що складаються з величезних молекул (макромолекул), що утворюються з багаторазово повторюваних ланок (ланцюгів) мономера. Молекулярна маса полімерів становить від декількох тисяч до декількох мільйонів одиниць.

Якщо макромолекули високомолекулярних сполук складаються з декількох видів повторюваних ланок, то їх називають сополимерами. Полімер, у якого макромолекули складаються з різнорідних щодо великих ланок (осколків макромолекул), називається блоксополимерами. Значний інтерес представляють так звані щеплені сополімери, до макромолекулам яких «прищеплюються» бічні відростки молекул іншої речовини. Завдяки цьому можна отримувати матеріали з новими, заздалегідь заданими властивостями.

Залежно від хімічного складу полімери діляться на органічні, елементоорганіческіе і неорганічні, а в залежності від походження або способу отримання - на природні, штучні і синтетичні.

В даний час при виробництві пластмас найбільш часто використовуються синтетичні полімери (смоли) і значно рідше штучні (ефіри, целюлози) і природні полімери (каучук, асфальти і каніфоль).

Пластмаси мають найрізноманітнішими властивостями. Механічна міцність окремих видів пластмас перевищує міцність дерева, металу і кераміки, в той же час вони значно легше цих матеріалів. Пластичні маси можуть бути не тільки твердими, але і еластичними, як каучук, вони відрізняються високими діелектричними властивостями і без праці піддаються переробці в готові вироби самих різних і складних форм: легко пресуються, відливаються, шліфуються, поліруються, витягуються в нитки і плівки.

Ці чудові якості пластичних мас забезпечили їм широке розповсюдження в техніці при виготовленні деталей машин, приладів, у виробництві літальних апаратів, автомобілів, вагонів, суден і т. П. В медицині, побуті та сільському господарстві. Важко назвати галузь народного господарства, в якій би не знайшли застосування пластичні маси. Пластичні маси в залежності від хімічної природи і (способу синтезу полімерів діляться на чотири групи:

1. Пластмаси на основі високомолекулярних сполук, одержаних ланцюгової полімеризацією. До них відносяться пластмаси на основі полімерів етилену, вінілового спирту і їх похідних.

2. Пластмаси на основі високомолекулярних сполук, одержаних поліконденсацією. До цієї групи належать пластмаси на основі фенолоальдегідних (фенопласти), аміноформальдегідних смол (амінопласти) і ін.

3. Пластмаси, що містять природні полімери. До них відносяться прості і складні ефіри целюлози (целулоїд, Етроли), білкові речовини (Галалу) і ін.

4. Пластмаси на основі природних і нафтових асфальтів, а також на основі смол.

Крім того, в промисловості отримують пластмаси змішаного типу, які містять смоли різних класів-при цьому отримують матеріали, що володіють різноманітними властивостями.

Залежно від типу полімерів, що входять до складу пластичних мас, розрізняють термопластичні пластмаси (термопласти) і термореактивні пластмаси.

За останні 20-30 років активно розвивалися композиційні матеріали на основі полімерних волокон. Вони володіють унікальними властивостями: з одного боку, витримують значні статичні навантаження, а з іншого - мають високу в`язкість руйнування, тобто при ударі вироби з них не розлітаються на друзки. Сучасна авіація, ракетно-космічна техніка, суднобудування немислимі без полімерних композитів (армованих пластиків). Наприклад, знаменита ракета «Тополь-М» зроблена з композитів. Навіть тверде паливо для ракет - теж полімерний композиційний матеріал.

Конструкційні пластмаси в будівництві застосовують в складі елементів несучих і огороджувальних конструкцій порівняно недавно. До них відносяться:

? склопластики;
? пінопласти;
? оргскло;
? винипласт;
? повітро-і водонепроникні тканини і плівки;
? деревні пластики.

Склопластики - це листовий матеріал з скляних волокон або тканин, пов`язаних синтетичною смолою.
Скляні волокна (наповнювач) служать армирующими елементами: вони сприймають основні навантаження при роботі матеріалів конструкцій. Смола не тільки пов`язує скляні волокна, але і розподіляє зусилля між ними, захищає матеріал від зовнішніх впливів.

Використання склопластиків почалося ще під час Другої світової війни, коли з них стали робити планери, а потім і корпусу для мінних тральщиків, але масове впровадження композитів не тільки у військову, а й в цивільну техніку відбулося в останню чверть минулого століття. Почасти це пов`язано з тим, що нові матеріали вимагають і нового конструкторського мислення, оскільки композит формується відразу в процесі виготовлення деталі.

Пінопласти - це пористі газонаповнені конструкційні пластмаси. Вони являють собою нетверду піну, що складається з маси замкнутих осередків, заповнених повітрям або нешкідливим газом. Пінопласти утворюються шляхом гарячого спінювання термопластичних смол або введенням отвердителей і піноутворювачів до складу термореактивних смол в процесі їх твердіння.

Деревні пластики - матеріали, отримані з`єднанням продуктів переробки натуральної деревини синтетичними смолами. Древеснослоїстиє пластики - листи або плити, виготовлені з тонкого лущеного шпону, просоченого і клеєного формальдегідів полімерами термореактивного типу при високій температурі і під великим тиском.

Треба сказати, що в природі все конструкційні матеріали, і жорсткі і м`які, побудовані по композиційному принципом. Як приклад можна привести деревину, в якій волокна натурального полімеру - целюлози склеєні лігніном.

Одне з головних напрямків подальшого розвитку - створення градієнтних матеріалів, властивості яких змінюються від точки до точки. І тут знову підказку нам дає природа. Візьмемо, наприклад, голку дикобраза або шип троянди. Вони «зроблені» з природних органічних полімерів, тобто, по суті, з м`яких матеріалів, але при цьому завдяки неоднорідною структурою не мнуться і мають дивовижну міцністю. Зараз багато наукових колективів, в тому числі і в Інституті хімічної фізики РАН, ведуть роботи зі створення пластичних неорганічних матеріалів, які легко піддавалися б переробці і не були крихкими. Думаю, що років через двадцять неорганічні полімери та неорганічно-органічні композити зможуть замінити багато будівельних, конструкційні та інші матеріали, отримають подальший розвиток так звані смарт-матеріали, або, якщо перевести цей термін з англійської, «розумні» матеріали які здатні змінювати свої властивості в залежності від зовнішніх умов. В авіабудуванні такі матеріали вже є, але поки їх мало і вони не дуже поширені.

На сьогоднішній день майже всі органічні полімери виробляють з нафти або, в невеликих кількостях, з газу. Запаси і того і іншого не безмежні. Тому одна з основних завдань, яке належить вирішити ученим в наступні 20-30 років, - перехід на отримання полімерних матеріалів з відновлюваної сировини. Таким сировиною можуть служити целюлоза і хітин, але їх переробка - екологічно брудне виробництво. Можна сподіватися, що в недалекому майбутньому з`являться чисті технології переработкі- науковий доробок в цій галузі вже є.

Застосування неметалічних матеріалів забезпечує значну економічну ефективність-коефіцієнт використання пластмас, полімерів і склопластиків досягає 0,9-0,95, так як оформлення виробів з них здійснюється пластичними методами з невеликими відходами. Пластмаси, полімери та склопластики забезпечують меншу (в 5-6 разів) трудомісткість і більш низьку собівартість виробів в порівнянні з металами.