Заняття 12
Тема: Пластичні матеріали.
Пластмаса (пластична маса) — це загальноприйнята назва для матеріалів, основним (і іноді винятковим) компонентом яких є макромолекулярні речовини. Це можуть бути натуральні чи синтетичні полімери.
Пластмасу можна отримати з:
чистого полімеру (наприклад, поліметилметакрилату, полістиролу, поліетилену);
сополімерів;
сумішей полімерів.
Також її отримують із полімерів, які:
модифіковані хімічними методами (наприклад, гідролізом);
модифіковані фізико-хімічними (наприклад, деградацією);
містять такі речовини як пластифікатори, наповнювачі, стабілізатори, а також барвники та пігменти.
Властивості пластику
У окремих видів пластика — різні механічні та хімічні властивості, але можна припустити, що більшість із них має такі особливості:
повна водонепроникність;
низька щільність;
низька стійкість до високих температур;
відсутність електропровідності;
стійкість до численних хімічних речовин, таких як кислоти, оливи тощо;
простота обробки.
Однак слід пам’ятати, що полімерні матеріали надзвичайно різноманітні, тому можна знайти виключення практично з будь-яких вищезазначених характеристик.
Види пластмас і маркування
Щоб розуміти, як і чим клеїти пластик, зварювати його або знежирювати та плавити, завжди необхідно знати, з яким саме матеріалом ви маєте справу. Тільки тоді можна гарантувати, що ви будете використовувати правильну речовину для конкретної діяльності, яка не зашкодить цьому пластику. Тут дуже корисне маркування на кожному пластиковому виробі, воно дозволяє швидко визначити тип матеріалу, з яким ми працюємо.
Маркування пластику:
PET (PETЕ) — поліетилентерефталат. Це діелектрик, який відрізняється міцністю та стійкістю до зносу. Його не можна розчинити в будь-якому органічному розчиннику чи воді. Поліетилентерефталат можна використовувати для створення ємностей під рідину, наприклад, для питних напоїв або побутових хімічних засобів. Він є в складі деяких хімволокон для виробництва одягу або технічних пристроїв. Також йому знаходять застосування в багатьох інших сферах.
HDPE — поліетилен із високою щільністю. Він має стійкість до впливу води, не вступає в реакцію з кислотами й лугами. Може розкладатися при використанні азотної кислоти (розчину 50%-го кімнатної температури), а також фтору та хлору. З HDPE роблять харчову плівку, кульки, посуд для одноразового використання та інші матеріали. Вироби з цього поліетилену можна переробляти, використовуючи різні методи утилізації.
PVC — полівінілхлорид, це 3-й тип маркування пластмаси. Він зовсім не має кольору, тобто прозорий. У цього матеріалу — хімічна стійкість до мінеральних олив, розчинника, лугів і більшості кислот. З полівінілхлориду виробляють віконні та дверні профілі, лінолеум або штучну шкіру. У нього немає стійкості до ультрафіолетових променів.
LDPE — поліетилен із низькою щільністю. Його можуть застосовувати там же, де й попередні матеріали (крім твердих виробів і різних пляшок). Цей вид пластмаси — один із найбільш безпечних.
PP — поліпропілен, це п’яте маркування пластмасових виробів. У нього не така велика щільність, як у поліетилену, зате він більш стійкий до стирання. Також на нього практично не впливають температури. Корозійне розтріскування майже не вплине. З такого поліпропілену можуть робити пакувальні матеріали для продуктів, які швидко псуються, пляшечки для дитячого харчування та різні прозорі трубочки.
PC — полістирол. Йому знаходять застосування в теплоізоляційних роботах, при виготовленні пляшок, харчових ємностей і предметів одноразового посуду.
О — це маркування виробів з пластмаси інших видів. Найчастіше їх використовують у будівництві.
Застосування пластмаси
Матеріали, які традиційно застосовуються для виробництва різних видів упаковки, такі як дерево, скло або метали, швидко замінюються пластмасами. Підраховано, що близько 20-25% упаковок виготовлено з пластмаси. Вони часто мають вигляд різних плівок.
Пляшки також виробляються з пластика методом, коли порожнисту упаковку отримують видуванням у форму. У жорстких упаковок із полістиролу дуже важливе та широке застосування. У будівництві пластмасу використовують для внутрішньої обробки. З неї виробляють, серед іншого, різні види підлогових покриттів, віконних і дверних рам. Пластмаса також використовується як покрівля.
Різні види пластмас широко застосовуються в побуті. Багато пристроїв і обладнання зроблені з них. Пластмаса також виконує різні функції в сільському господарстві. Наприклад, поліетиленова плівка значно збільшила потенціал для вирощування культур у теплиці. Вона використовується як структурний елемент, так і як покриття для тримальної конструкції.
Описані вище приклади — це лише деякі способи застосувань, які пластмаса знайшла в житті людини. Кожен повинен усвідомлювати той факт, що час від часу ми використовуємо об’єкти або пристрої, створені з якогось штучного матеріалу. Сьогодні важко уявити світ без пластику. Він став невіддільною частиною повсякденного життя кожного.
Все про пластик: переваги й недоліки
Хоча використання пластмас має свої недоліки, врешті решт, переваг у такого матеріалу явно більше. Наприклад, це:
здатність легко створювати навіть дуже складні й неправильні форми (хороший приклад — 3D-принтери чи форми для виготовлення об’єктів методом лиття під тиском);
мала вага;
висока механічна міцність;
довговічність виробів, які виготовляються;
хороші електроізоляційні властивості;
висока хімічна стійкість;
можливість переробки (у разі поділу відходів);
легке тонування.
До найголовніших недоліків пластмаси належать:
низька стійкість до високих температур;
дуже тривалий час розкладання (пластикові відходи розкладаються тільки через багато десятків або навіть сотень років);
сприйнятливість до повзучості (тобто повільна зміна форми в результаті дії цього об’єкта або матеріалу при постійних і тривалих навантаженнях).
Додаткові компоненти полімерних композицій
Полімерні матеріали: пластичні маси, плівки і волокна, лаки, компаунди, клеї, герметики, гуми і т. д. рідко складаються з одного полімеру. Для поліпшення їх функціональних якостей вони представляють собою зазвичай композиції з різних полімерних і неполімерних матеріалів, модифікуючих їх властивості.
Найчастіше такими додатковими компонентами, що містяться в багатьох полімерних матеріалах, є: стабілізатори, наповнювачі, пластифікатори, мягчители й змащення, барвники, розчинники, інші модифікатори (отверждающей агенти, присадки, що повідомляють негорючість, підвищену нагревостойкость і т. п.).
Стабілізаторами називаються речовини, що додаються в більшість полімерних матеріалів (у кількості порядку десятих часток відсотка) для запобігання реакцій старіння.
Наповнювачі - це частинки різних матеріалів, що додаються в багато полімерні композиції для повідомлення їм спеціальних властивостей (підвищення міцності, повідомлення магнітних властивостей, електропровідності, зниження звуко-і теплопровідності і т. д.) або для їх здешевлення. Наповнювачі можуть бути газоподібними, рідкими і твердими. Найчастіше їх застосовують у вигляді газоподібних або твердих включень в полімерну основу.
Порошкові наповнювачі - деревне борошно, оксиди (ZnO, Ti0 2, SiO 2), крейда, каолін та інші. Вони мало перешкоджають розтіканню пресспорошков у прес-формах і дозволяють отримати дешеві вироби складної конфігурації.
Волокнисті наповнювачі - бавовняна, скляне, борное волокно, обрізки паперу та тканини дозволяють отримувати матеріали в два і більше рази міцніше, ніж при порошкових наполнителях.
Особливо висока міцність пластмас (композиційних матеріалів) при застосуванні як наповнювачів шаруватих матеріалів тканини, шпону або скляних, довгих тонких волокон; волокон бору, графітових ниток і т. п., покладених оптимальним чином по відношенню до діючих навантажень. Такі композиційні матеріали мають максимальну питомою міцністю, що значно вище, ніж у багатьох металевих матеріалів. З них готують напружені елементи літаків і двигунів (корпуси, ротори і лопатки компресорів, обшивку літаків і т. д.).
Наповнення гум сажею або металевими частинками надає їм проводять, а магнітними (наприклад, ферритами) - магнітні властивості.
Наповнення газами досягається спінюванням в процесі отримання полімерів, введенням твердих частинок - Порофори, що виділяють гази при нагріванні в розм'якшений полімер. Іноді спінювання досягають введенням в полімер легкокипящих рідин.
Пластифікатори - речовини, що додаються в полімерні матеріали для підвищення еластичності і морозостійкості (зниження крихкості), а також для зниження температури переробки матеріалів у вироби. У деяких випадках, наприклад для ефірів целюлози, така переробка гарячим пресуванням взагалі була б неможлива, бо температура розкладання непластифікований продуктів лежить нижче їхні температури розм'якшення.
Мастила, часто вводяться до складу різних полімерних композицій, сприяють ВІДЛИПАННЯ деталей металевого обладнання, що застосовується при переробці полімерної композиції у вироби. В якості мастил використовують стеарин, стеарати, парафін та інші легкоплавкі речовини.
Барвники вводять в полімерні матеріали для додання їм красивого декоративного виду або в маркувальних цілях. Розчинні у полімері барвники нерідко називаються фарбою, нерозчинні - пігментами.
Інші присадки. У полімерних матеріалах можуть міститися й інші, крім перерахованих, присадки, надають матеріалам спеціальні якості.
Так, для зменшення горючості композицій на основі горючих полімерів в них вводять 10-20% антипіренів - фосфорнокислий амоній, трехокісь сурми, хлорований парафін або перхлорвініла і т. п.
Для додання полімерним матеріалами антисептичних властивостей і стійкості проти дії грибкової цвілі і руйнуючої дії комах до них додають антисептики, фунгіциди та інсектоціди. В якості таких речовин нерідко служать солі ртуті і міді, а також інші отруйні речовини. Ці присадки особливо часто додають у фарби, ізоляцію проводів та інші полімерні матеріали, призначені для роботи в тропічному кліматі.