додати матеріал

приховати рекламу

Пластмаси

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

Зміст
Введення
1. Властивості і виробництво пластмас
2. Застосування пластмас
3. Пластмас у будівництві
4. Пластмас у спорті
Висновок
Список використаної літератури

Введення

Слово "пластичність" походить від грецького слова plastikos, що означає "придатний для ліплення, податливий". Багато століть єдиним пластичним, широко застосовуваним для ліплення матеріалів була глина. Однак тепер, коли говорять про пластичні масах (пластмасах), мають на увазі тільки матеріали, створені на основі полімерів.
Трохи більше ста років тому брати Хайетт в Нью-Джерсі (США) у пошуках міцною, але пухкої маси для друкарських валиків створили добре форма матеріалу з нізконітрованной папери і камфори. Так з'явилося на світ перше штучне полімерне речовина, що отримало назву "целулоїд".
В даний час в нашому розпорядженні є широка палітра настільки різних синтетичних речовин, що самі фахівці навряд чи можуть охопити все її різноманіття. А для неспеціалістів пластмаси - це найбільш характерний продукт сучасної хімії [1]. Хоча целулоїд швидко знайшов великий попит, незабаром йому довелося потіснитися. Почалася "ера" штучних органічних матеріалів, які стали називати пластмасами, власне, тільки в другій половині нашого століття. У 1900 році світове виробництво пластмас склало всього близько 20 тис. тонн. А вже в середині століття їх щорічний випуск досягав приблизно 1,5 млн. тонн. У 60-і роки виробництво пластмас зробило гігантський стрибок: у 1970 році було випущено вже 38 млн. тонн цих штучних матеріалів. Починаючи з 1950 року виробництво пластмас подвоювалося кожні 5 років.
Якщо в XIX столітті пластмаси замінювали лише дорогі та рідкісні матеріали - слонову кістку, бурштин, перламутр, то на початку нашого століття їх почали використовувати замість дерева, металу, порцеляни. Зараз пластмаси не можна назвати "замінниками". Багато сучасних пластмаси перевершують за своїми властивостями більшість природних матеріалів. Багато з них мають такі цінні якості, що у них немає аналогів в природі. Виробництво пластмас розвивається значно швидше, ніж виробництво металів.

1. Властивості і виробництво пластмас

Пластмаси представляють собою матеріали на основі природних або синтетичних полімерів, здатні набувати задану форму при нагріванні і під тиском і зберігати її після охолодження.
Органічні штучні речовини - полімери - побудовані, як відомо, з макромолекул численних малих основних молекул (мономерів). Процес їх утворення залежить від різних чинників - звідси широкі можливості варіювання і комбінування, а отже і невичерпні можливості одержання продуктів з найрізноманітнішими властивостями. Основні процеси утворення макромолекул - це полімеризація, ступінчаста.
Структурні формули деяких поширених полімерів полімеризація (поліприєднання) і поліконденсація.
Назва полімеру
Структура полімеру
Мочевіноформальдегидних смола

Поліамідна смола

Поліакрілат

Поліметилметакрилат

Полімеризація - це хімічна реакція утворення високомолекулярних продуктів внаслідок зчеплення простих ненасичених органічних мономерів, що протікає без відщеплення яких або частин молекул. Приклад: n · етилен à поліетилен.
Поліприєднання - це об'єднання різних основних молекул в високомолекулярні продукти без відщеплення третій речовини. Приклад: x · діїзоцианат (OCN (R) n NCO) + y · багатоатомний спирт à поліуретан.
Поліконденсація - реакція утворення високомолекулярної речовини з мономерів різного виду, що супроводжується відщепленням низькомолекулярного продукту (часто молекул води). Приклад: x · формальдегід + y · сечовина ((NH 2) 2 CO) à мочевіноформальдегидних смола + z · вода.
Фізичні і хімічні властивості полімерів обумовлені як особливостями хімічного складу і молекулярної будови цих речовин, так і їх "надмолекулярної" структурою. Так хімічна стійкість поліетилену (стійкість до дії агресивних середовищ) визначається хімічною формулою мономеру (-CH 2-CH 2 -), не містить після полімеризації подвійних зв'язків, а фізичні властивості, наприклад еластичність і непроникність, - його надмолекулярної структурою.
Розглянемо перший аспект проблеми - хімічний склад і молекулярна будова полімерів.
Ланцюгові нерозгалужені
-C-C-C-C-
C C
Ланцюгові розгалужені
-C-C-C-C-
Циклічні
C
C C
C C
C


У відповідність з місцем у періодичній системі вуглець чотиривалентним. Головною його особливістю є здатність утворювати речовини, в яких атоми вуглецю зв'язані між собою. При цьому можуть виникати як ланцюгові (у вигляді простих або розгалужених ланцюгів), так і циклічні сполуки:
У залежності від числа атомів і їх взаємного розташування змінюються і властивості речовини. Наприклад, чим більше атомів входить у з'єднання, тим менше воно летюче.
Властивості сполук вуглецю у великій мірі залежать від характеру зв'язків між його окремими атомами. Здатність атомів вуглецю утворювати ланцюжки, кільця або складні решітки, в які вклинити інші елементи, обумовлює існування понад трьох мільйонів відомих в даний час сполук вуглецю.
Завдяки зміні структур молекул і їх різноманітним комбінаціям асортимент пластмас значно розширюється за рахунок створення пластмас з бажаними властивостями. Гарним прикладом реалізації таких можливостей є АБС-полімери. Їх назва утворена від початкових груп трьох основних мономерів: акрилонітрил (CH 2 = CH-CN) (А) вносить свою частку в хімічну стійкість продукту, бутадієн (Б) повідомляє йому опір ударам, стирол (С) робить матеріал твердим і легко піддається термопластичній обробці. Отримують АБС-полімери виключно шляхом прищепленої полімеризації. Прищеплена полімеризація - процес утворення високомолекулярних сполук, в ході якого на основну ланцюг полімеру прищеплюються додаткові бічні ланцюг іншого хімічного характеру. Варіюючи частки окремих мономерів та умови полімеризації можна виготовити продукти з різними властивостями. Основне призначення АБС-полімерів - заміщувати метали в конструкціях і апаратах.
Крім полімеру до складу пластмас часто входять різні добавки: наповнювачі, пластифікатори, стабілізатори, барвники та інші компоненти.
Наповнювачі - це речовини, що служать для додання пластмасі необхідних експлуатаційних властивостей (наприклад, високої міцності, термостійкості тощо), полегшення переробки, зниження вартості. В якості наповнювачів застосовують тирса, сажу, графіт, скляні, азбестові, хімічні волокна. У шаруватих пластиках (пластмаси, зміцнені паралельно розташованими шарами наповнювача) роль наповнювача виконують папір, тканини; в пінопласт гази, наприклад азот. Застосування наповнювачів знижує вартість пластмаси. Адже, як правило, наповнювачі - це відходи різних виробництв, вони значно дешевше самого полімеру.
Пластифікатори вводять до складу пластмаси з метою підвищення пластичності або еластичності полімеру і готової пластмаси. Як пластифікаторів використовують, головним чином, нелеткі, хімічно інертні речовини, наприклад дибутилфталат (C 6 H 4 (COOC 4 H 9) 2), нафтові олії. Молекули пластифікатора, наприклад гліцерину послаблюють зв'язки між макромолекулами полімеру. Це полегшує процес формування пластмаси, дозволяє проводити його при меншій температурі.
Стабілізатори - речовини, які гальмують старіння пластмаси, що відбувається, як правило, в результаті деструкції. Деструкція полімерів - процес руйнування їх молекул під дією тепла, кисню, світла та ін У результаті деструкції змінюються багато властивостей полімерів і часто вони стають непридатними для використання. Стабілізатори захищають полімери від окислення (ароматичні аміни, феноли), дії атмосфери, озону (воски), оберігають полімери від впливу світла (сажа) і ультрафіолетового світла, захищають від руйнування під дією іонізуючих випромінювань (ароматичні вуглеводні, аміни).
Нерідко один і той же речовина в пластмасі може виконувати одночасно декілька функцій. Так фосфати вдається використовувати і як антипірени (речовини знижують горючість матеріалів органічного походження), і як пластифікатори. Наповнювач може "працювати" і як антиокислювач, і як пігмент, а також сприяти непроникності матеріалу.
Пластмаси різняться за своїми експлуатаційними властивостями (наприклад, пластмаси з високим електричним опором, атмосферо-, термо-, або вогнестійкі), за природою наповнювача (наприклад, склопластики, графітопласти, газонаповнені пластмаси), за способом розташування наповнювача в матеріалі (шаруваті пластики, волокніту - пластмаси, що складаються з рубленого волокна, просоченого термореактивною синтетичною смолою), а також за типом полімеру (наприклад, амінопласти, білкові пластики).
Залежно від характеру перетворень, що відбуваються з полімером при формуванні, пластмаси поділяються на реактопласти і термопласти. Реактопластів або термореактивні пластмаси, подібно обпаленої глини, не здатні повернути знову пластичне стан. Це пов'язано з тим, що їх переробка у виріб супроводжується хімічною взаємодією між макромолекулами і утворенням просторової структури полімеру. Після такої переробки реактопласти втрачають пластичність, стаючи неплавких і нерозчинними. Повторно переробити такий матеріал в новий виріб вже неможливо. Зазвичай реактопласти - це фенольні, карбамідні і поліефірні смоли. Найчастіше в початковому стані вони представляють рідини, які при додаванні каталізатора або нагріванні необоротно тверднуть внаслідок утворення зшитих молекул.
Термопласти при нагріванні знову набувають пластичність, їх можна формувати багаторазово. Їх легше перетворювати на готові вироби, можна раціонально обробляти і переробляти методами лиття під тиском, вакуумного формування або простий формування. До термопластів відносяться поліетилен, полівінілхлорид, полістирол і АБС-полімери.
Простір між термопластами і реактопластів, як і між натуральними і синтетичними продуктами, заповнене суцільним спектром пластмас, виготовлених "за спеціальними замовленнями". Вони мають часом незвичайні комбінації властивостей. Так, розроблені термопласти з оборотним освітою зшитих молекул. При температурі обробки вони можуть бути термопластичними, а при температурі застосування готового виробу, яка лежить набагато нижче, вони стають термореактивними.
Розглянемо основні методи переробки пластичних мас в готові вироби.
Основні методи переробки термопластів - лиття під тиском, екструзія, вакуумформованіе, пневмоформования; реактопластів - пресування і лиття під тиском.
Лиття під тиском - спосіб отримання відливок в формі, в яку розплавлена ​​пластмаса надходить під тиском, а після затвердіння в результаті остигання або тверднення набуває конфігурацію всередині порожнини форми. Цей метод застосовується головним чином для одержання складних виробів з високою точністю.
Екструзія - це спосіб виготовлення профільованих виробів великої довжини. Полягає в безперервному видавлюванні розм'якшеною пластмаси через отвір певного перерізу. Застосовується у виробництві труб, плівок, при накладенні електричної ізоляції на проводи.
Вакуумформованіе - метод виробництва виробів з листових термопластів. Виріб необхідної конфігурації отримують за рахунок різниці тисків, що виникає внаслідок розрідження в порожнині форми, над якою закріплений лист. Застосовується, наприклад, у виробництві ємностей, деталей холодильників, корпусів приладів.
Пневмоформования - це, як і вакуумформованіе, спосіб виготовлення виробів з листових термопластів. Виріб оформляється під дією стисненого повітря на лист, закріплений над порожниною форми. Застосовується, наприклад, у виробництві ванн, раковин, деталей скління літаків.
Пресування - це спосіб виробництва виробів з пластмас у прес-формах, що полягає в розм'якшенні матеріалу при нагріванні і фіксації форми виробу в результаті витримки під тиском. При прямому (компресійному) пресуванні матеріал нагрівають у прес-формі, при ливарні (трансферному) пресуванні - у камері, з якої продавлюється в прес-форму за так званим ливникових каналів.
Розглянемо докладніше два методи переробки пластмас - гаряче пресування і лиття під тиском.
Прес-форма для гарячого пресування пластмаси: 1 - штовхач; 2 - пресоване матеріал; 3 - матриця; 4 - пуансон; 5 - готовий виріб.


При гарячому пресуванні суміш полімеру з добавками засипають у гарячу прес-форму. Прес-форма (див. рис) складається з нерухомої підставки, форма якої відповідає формі пресованих виробів та рухомого поршня - пуансона. Після завантаження суміші прес-форму закривають і тиснуть на суміш пуансоном, який поступово входить в підставку. Завдяки нагріванню суміш стає пластичної і під дією тиску заповнює всі канали в прес-формі. Якщо формується реактопласти, то нагріта маса через деякий час твердне, і готовий виріб виймають з прес-форми. Якщо ж формується термопласт, то прес-форму треба охолоджувати, інакше виріб розтечеться і втратить потрібні обриси. Це уповільнює і здорожує процес формування. Тому термопласти переробляють литтям під тиском. Тут пластмаса розм'якшується при нагріванні в окремій камері, а потім вже за допомогою насоса під тиском подається в холодну прес-форму. Пластмаса заповнює її і, охолодити, швидко твердне. Гаряче пресування і лиття під тиском дозволяють виготовляти деталі різної форми.

2. Застосування пластмас

Близько двох третин усього світового виробництва пластмас складають масові продукти: поліетилен, полівінілхлорид і полістирол. Основні області їхнього застосування - це будівництво, упаковка, машинобудування, електротехніка, транспорт. Причиною їх широкого розповсюдження служать головним чином відносно низька ціна і легкість переробки і лише в другу чергу властивості, які багато в чому поступаються властивостям більш дорогих спеціальних речовин. У решти третини переважають поліефірні смоли, поліуретани, полівінілацетат, амінопласти, Фенопласти, поліакрилату і поліметакрилат. Так звані спеціальні пластмаси, наприклад, полиформальдегид, полікарбонати, фторполімери, силікони, поліаміди і епоксидні смоли, всі разом складають близько 2%.

3. Пластмас у будівництві

Пластмас у будівництві можуть принести величезну користь, якщо їх правильно використовувати. Прозорі кольорові скла з ударостійкого полівінілхлориду або бесшовно облицьовані полівінілхлоридом дерев'яні профілі не тільки красиві, а й стійкі до дії агресивної промислової атмосфери і зовсім не потребують догляду. Фарба не вицвітає, вікна не руйнуються, рами не розбухають і не жовтіють. У деяких країнах виготовляють дошки з спіненого сополімерацетата (етиленпропіленового каучуку з полістиролом) та інших пластиків. Оскільки вони стійкі до атмосферних впливів, їх можна застосовувати не тільки в інтер'єрах, але і для зовнішніх будівельних деталей (наприклад, як ворота для гаражів, для облицювання балконів і т.п.). Трудновоспламеняющиеся, погодостійкого акрилове скло (акрілглас) годиться для виготовлення світлових панелей і куполів. Ними можна склити великі поверхні, термін служби яких тривалий.
Все більшого значення набувають пластмаси в будівництві трубопроводів, оскільки в цьому випадку не виникає проблем корозії. Посилені скловолокном трубопроводи придатні для доставки газів під тиском 15 бар і для транспортування хімічних речовин, здатних викликати корозію. Для цих цілей застосовують полівінілхлорид, поліефіри, полібутилен, поліетилен і поліпропілен.
Як ущільнювачі швів між бетонними деталями в будівництві можна використовувати поліуретани, силікони, акрилати, комбінації епоксидних сполук (їх часто називають епоксидними смолами, хоча термін "смоли" трохи застарів), все більшого значення набувають для цих цілей термопласти. Ними можна не тільки ущільнювати шви на фасадах будівель із сталі і легких металів, а й "склеювати" мости, а також скріплювати частини споруд, повністю знаходяться під водою (наприклад, у плавальних басейнах). Хороші перспективи для використання в цій області мають епоксидні смоли. Вони характеризуються наявністю так званих епоксігрупп і гідроксильних груп. Присутність цих груп надає епоксидним сполукам цінні для використання в будівництві властивості. Епоксидні смоли міцно зчіплюються з поверхнею бетону і стійкі до атмосферних впливів. Їх можна наносити на вологі поверхні бетону, так як епоксидні сполуки завдяки наявності гідроксильних груп менш гідрофобні, ніж багато інших полімерні матеріали. Крім того, епоксігруппи здатні взаємодіяти з іонами кальцію, що збільшує зчеплення полімеру з поверхнею бетону.
Найбільшу питому вагу в будівництві займають полімерні матеріали для виготовлення полови; найпопулярнішим з них є полівінілхлоридний лінолеум - як рулонний, так і плитковий; рідше застосовують особливо тверді деревоволокнисті і деревостружкові плитки і плити на основі сечовино-феноло-формальдегідних або сечовини-меламіно-формальдегідних зв'язуючих. Дуже широко в якості тепло-і звукоізоляційних матеріалів будівельники застосовують пінопласти (пінополістирол, пеноуретан та ін.) Зростають масштаби використання пластмас у якості покрівельного матеріалу. Особливий інтерес у цьому плані становлять світлопропускні склопластики, які можна використовувати також для виготовлення стін. Значна частина всіх споживаних в будівництві пластмас йде для виробництва сантехніки (труби з поліетилену, склопластикові ванни і т.д.). Все частіше застосовують оздоблювальні пластмаси, різні модифікації полістиролу. Слід також врахувати герметизу матеріали; з них заслуженою популярністю користуються плівкові, зокрема поліетилен, а також листи Стеклопласт.
Одноповерхові будинки з пластмас можуть бути побудовані з застосуванням усього двох основних типів деталей, а саме елементів стін і елементів даху. Стіни товщиною всього 8 - 10 мм складаються з двох шарів пластику - поліефіру і скловолокна, між якими прокладено жорсткий пінопласт. Звуко-і теплоізоляція відповідає цегляній кладці товщиною 1,3 м. вільнонесучий конструкція поліефірної даху дозволяє збільшити ширину прольотів між стінами, так що відпадає необхідність у внутрішній опорній стіні. Таким чином, вся житлова площа стає корисною і з'являється можливість її індивідуального планування за допомогою пересувних або шафових перегородок. Маючи в розпорядженні тільки 40 будівельних деталей такий будинок можна побудувати менш ніж за 12 годин.
У Лондоні в 1966 - 1969 роках були зведені два 21-поверхових будинки з пластмас з використанням сталевих конструкцій. Ці будівлі по суті являють собою сталеву етажерку з житловими "скриньками" з пластмас. Будинки з пластмас є і в інших містах, наприклад у Парижі та Брюсселі. Практично не мають потребу в чищенні споруди зі скловолокна і поліефіру, вони особливо хороші для промислових установок. Годяться вони і як громадські будівлі і готелі.
Пластмаси мають ідеальними можливостями для здійснення будівництва з полегшених конструкцій. Цей принцип вигідний тим, що дозволяє значно економити матеріали. З численних штучних матеріалів в найбільшій мірі відповідають вимогам будівництва пінопласти. Пінопласти в рівній мірі можуть бути гарні і як високоеластичні, і як дуже тверді матеріали.
Близько 50% всіх пінопластів виготовляється в даний час з поліуретану. На основі однотипних хімічних реакцій, що полягають в обробці компонента, що містить гідроксильну групу, диизоцианатом, можна отримати як термопласти, так і реактопласти, але властивості їх залежать від вибору вихідного компонента.
Дивлячись по тому, які багатоатомні спирти і додаткові компоненти взяті для перетворення, можна отримати, наприклад, пінопласт настільки м'який, що він годиться на подушки, або настільки твердий, що з нього можна зробити тару або виготовити цінні ізолятори для холодильників.
Між цими крайнощами знаходяться напівтверді матеріали, спектр застосування яких простирається від кузовобудування до взуттєвої промисловості.
З надтвердих "структурованих" пен можна формувати великі деталі з масивними крайовими зонами - деталі автомобілів, частини меблів.
Ці та інші вироби з поліуретану можна виготовляти безпосередньо з речовини, що вийшло в результаті реакції, причому готова продукція відповідає вимогам, пред'явленим до якості матеріалу і його оформлення.

4. Пластмас у спорті

Пластмаси широко використовуються в спортивній індустрії, наприклад їх застосовують у такому виді спорту, як стрибки з жердиною: з пластмас виготовляють самі держаки, а також мати, які оберігають спортсменів від травм при падінні.
Пластмаси сказали своє слово і у виробництві лиж. Спочатку лижі робили з ясеневих і букових дощок, а також з деревини гікорі (рід дерев родини горіхових). У 50-ті роки почали застосовувати синтетичні матеріали для ковзних поверхонь лиж, з 1960 року пішли в хід пластмаси армовані скловолокном, а з 1967 року стали широко використовуватися поліуретанові пінопласти. Завдяки тому, що нижня поверхня лиж робиться з поліетилену, лусочки якого забезпечують необхідне зчеплення зі снігом, лижник може підйоми і будь-які нерівності розміром більше 35 см.
В даний час виключно з пластмас виготовляється спортивне взуття всіх видів, також пластмаси використовуються для виготовлення спортивного інвентарю.
Пластмаси використовуються для оформлення спортивних майданчиків та стадіонів. Існують матеріали - замінники трави, що пройшли випробування на тенісних кортах і величезних стадіонах. На перший погляд їх не відрізнити від справжнього газону, а по зносостійкості вони значно перевершують його. Синтетичні "трави" водонепроникні, стійкі до спеки і до холоду, не толочаться і не гниють.
Пластичні маси широко застосовуються для виготовлення бігових доріжок. Застосування штучних матеріалів для бігових доріжок отримало офіційне схвалення Всесвітньої федерації легкої атлетики в 1967 році, коли такі доріжки вперше були введені на Панамериканських іграх у Вінніпезі.

Висновок

В даний час пластмаси отримали найширшої поширення. Причиною такого поширення є їхня низька ціна і легкість переробки, а також властивості, які в деяких випадках унікальні. Пластмаси застосовують в електротехніці, авіабудуванні, ракетної і космічної техніки, машинобудуванні, виробництві меблів, легкої та харчової промисловості, в медицині і будівництві, - загалом, пластмаси використовуються практично у всіх галузях народного господарства. Мабуть, єдина область, де використання пластмас поки обмежений - це техніка високих температур. Але незабаром вони проникнуть і сюди: вже одержані пластмаси, що витримують температури 2000-2500 ° C. Розвиток хімічних технологій, що допомагають створювати речовини із заданими властивостями, дозволяє сказати, що пластмаси один з найважливіших матеріалів майбутнього.

Список використаної літератури

1. Поллер "Хімія на шляху в третє тисячоліття", 1979
2. Ратінов, Іванов "Хімія в будівництві", 1969
3. "Енциклопедичний словник юного техніка", 1988
4. "Радянський енциклопедичний словник", 1987


[1] Американські вчені в 1980 році виявили природне поліефірну пластмасу в оселях бджіл роду Colletes, що живуть в землі. Лак, що покриває стінки сот, охороняє від псування запаси пилку і нектару, якими харчуються личинки бджіл. Це перший випадок виявлення в природі подібної речовини.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат | 53,2кб. | скачати

Схожі роботи:
Пластмаси сталь сплави
Скло ситалли та кам`яне лиття Будівельні пластмаси
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru