ПластмасиПерелік національних стандартів в категорії "83.080.01 Пластмаси взагалі". Український класифікатор нормативних документів (НК 004:2020)" (пластичні маси), пластики — штучно створені матеріали, основою яких є полімер, що перебуває під час формування виробу у в'язкорідкому чи високоеластичному стані, а під час експлуатації — в склоподібному чи кристалічному станіДСТУ 2406-94 Пластмаси, полімери і синтетичні смоли. Хімічні назви. Терміни та визначення.
Пластмаси формують при підвищеній температурі, у той час коли вони мають високу пластичність. Сировиною для отримання полімерів є нафта, природний газ, кам'яне вугілля, сланці.
Історія Першу пластмасу було отримано британським металургом і винахідником у 1855 роціEdward Chauncey Worden. Nitrocellulose industry. New York, Van Nostrand, 1911, p. 568. (Parkes, English patent #2359 in 1855). Паркс назвав її «паркезин» (потім стали називати целулоїд). Паркезин вперше було представлено на Всесвітній виставці в Лондоні у 1862 році. Розвиток пластмас почався з використання природних пластичних матеріалів (жувальної гумки, шелаку), далі продовжився використанням хімічно модифікованих природних матеріалів (гума, ебоніт, нітроцелюлоза, колаген, галаліт) і перейшов до повністю синтетичних молекул (бакеліт, епоксидна смола, полівінілхлорид, поліетилен та ін.).
Властивості пластмас Поширенню пластмас сприяють їхня мала густина (0,85—1,8 г/см³), що значно зменшує масу деталей, висока корозійна стійкість та широкий діапазон інших властивостей. Гарні антифрикційні характеристики багатьох пластмас дають можливість з успіхом застосовувати їх для виготовлення підшипників ковзання. Високий коефіцієнт тертя деяких пластмас дозволяє використовувати їх для гальмових пристроїв. Окремі пластмаси мають специфічні властивості: високі електроізоляційні та теплоізоляційні характеристики, велику прозорість тощо.
Важливою перевагою пластмас є можливість їхньої переробки у вироби найпродуктивнішими способами з коефіцієнтом використання матеріалу 0,9-0,95 — литтям, видавлюванням тощо.
Водночас пластмасам притаманні деякі недоліки: невисокі міцність, твердість і механічна жорсткість, велике значення коефіцієнта лінійного термічного розширення (~15×10−5 К−1), значна повзучість, особливо у термопластів, низька теплостійкість (більшість пластмас має робочу температуру не вищу, ніж 200 °C, і лише деякі можуть працювати при 300–400 °С), низька теплопровідність (в 500–600 разів менша, ніж у металів), схильність до старіння (втрата властивостей під впливом тепла, світла, води та інших факторів).
При старінні зменшується еластичність і міцність пластмас, збільшується їхня механічна жорсткість і крихкість. Під еластичністю розуміють здатність матеріалу до великих зворотних деформацій. Цей термін за фізичним сенсом аналогічний пружності, але перший вживається для аморфних, а останній — для кристалічних тіл.
Твердість пластмас за методом Брінелля становить 30–200 МПа.
Більшість полімерів перебуває в аморфному (склоподібному) стані. Такі полімери називають смолами. В пластмасах може бути присутньою певна кількість кристалічної фази, яка підвищує міцність, жорсткість і теплостійкість полімера. У виробництві пластмас використовують переважно синтетичні смоли.
Крім полімерів пластмаси можуть містити наповнювачі, пластифікатори та спеціальні добавки, що надають пластмасі певних властивостей.
Наповнювачами (зміцнювальними компонентами) можуть бути органічні або неорганічні речовини у вигляді порошків (графіт, деревне або кварцове борошно), волокон (паперових, бавовняних, азбестових, скляних) або полотен чи аркушів (тканина, папір, деревний шпон). Наповнювачі підвищують міцність, зносостійкість, теплостійкість та інші властивості пластмас. Їхня частка у пластмасі може досягати 40–80%.
Пластифікатори вводять для підвищення пластичності та еластичності пластмас (гліцерин, касторове або парафінове масло та ін.).
Добавками можуть бути: стабілізатори — речовини, які уповільнюють старіння (сажа, сірчані сполуки, феноли); мастильні матеріали — речовини, що усувають прилипання матеріалу до прес-форми, збільшують його текучість, зменшують тертя між частинками композиції (віск, стеарин, олеїнова кислота); барвники — речовини, що надають пластмасовим виробам декоративного вигляду (охра тощо.); каталізатори — речовини, що прискорюють твердіння пластмаси (уротропін, оксиди металів); антипірени — речовини, які зменшують горючість полімерів (наприклад, сполуки сурми); антистатики — речовини, які перешкоджають виникненню і накопиченню статичного електричного заряду у виробах з полімерних матеріалів; пороутворювачі — речовини, які розпадаються під час нагрівання, виділяючи гази, що спінюють смолу, внаслідок чого утворюється поро- та пінопласти з пористою структурою.
Класифікація пластмас
Залежно від властивостей смоли пластмаси поділяють на термопластичні, термореактивні та високоеластичні.
Залежно від природи твердого наповнювача серед пластмас розрізняють: асбопластики, боропластики, графітопласти, металополімери, органопластики, склопластики, вуглепластики.
Залежно від складових їх макромолекул пластмаси поділяються на такі види: пластомери (лінійні ланцюги), дуромери (структури з високою щільністю решітки), еластомери (структури з низькою щільністю решітки) і синтетичне волокно (сильно орієнтовані ланцюгові молекули).
Термопласти Термопластичні пластмаси (термопласти) — це пластмаси на основі термопластичних полімерів, що під час нагріву розм'якшуються, переходять у в'язкотекучий стан, а при охолодженні тверднуть, і цей процес повторюється при повторному нагріванні. Тобто такі пластмаси допускають повторну переробку. Вони характеризуються невеликою усадкою (1–3%), зручні в переробці, не складні у виробництві тощо. Зазвичай їхня робоча температура не перевищує 90 °C. Типовими представниками термопластів є наступні (список не вичерпний).
Поліетилен (ПЕ, PE — polyethylene) — полімер етилену, твердий, легкий і водостійкий матеріал, гарний діелектрик з високою морозостійкістю (до -60 °C), стійкий проти агресивних середовищ. Застосовується для виготовлення кабелів, плівок, труб, ємностей технічного і побутового призначення тощо. Недоліки: низька гранична температура експлуатації, висока газопроникність і низька маслостійкість. За способом отримання поділяється на: поліетилен низької щільності (LDPE — англ. Low Density PE) або поліетилен високого тиску (ПЕВТ)ГОСТ 16337-77 Полиэтилен высокого давления. Технические условия., який отримують полімеризацією етилену у присутності кисню та ініціаторів (пероксидних сполук) при температурах 200–300 °C; поліетилен високої щільності (HDPE — англ. Hight Density PE) або поліетилен низького тиску (ПЕНТ)ГОСТ 16338-85 Полиэтилен низкого давления. Технические условия., який отримують полімеризацією на при 80 °C і тиску 0,3–0,5 МПА в суспензії або газовому середовищі; поліетилен середнього тиску (високої щільності) — ПЕСТ — отримують полімеризацією у присутності оксидів Co, Mo, V при 130–170 °C і тиску 3,5–4 МПа.
Поліпропілен (ПП, PP — polypropylene)ГОСТ 26996-86 Полипропилен и сополимеры пропилена. — полімер пропілену, твердий матеріал загальнотехнічного призначення, що має високі електроізоляційні властивості, водо- і хімічну стійкість. Існують марки, що отримали допуск до контакту з харчовими продуктами. Недоліки: низька морозостійкість (— 15 °С), горючість, незадовільна склеюваність, здатність накопичувати статичну електрику. Використовується в медицині, харчовій промисловості (пакувальні плівки) та електротехніці.
Полістирен (ПС, PS — polystyrene)ГОСТ 20282-86 Полистирол общего назначения. Технические условия — продукт полімеризації стирену, термопласт загальнотехнічного призначення. Завдяки гарним механічним властивостям, прозорості і зовнішньому вигляду, він використовується у світлотехніці та виробах культурно-побутового призначення. Він гарно обробляється різанням та склеюється. Чудовий діелектриком у широкому діапазоні частот, завдяки чому використовується в електротехніці. Нетоксичний, водо- і радіаційно стійкий, через що використовується у харчовій галузі і медичній техніці. Недоліки: крихкість при нормальних умовах, низька ударна в'язкість, здатність до статичної електризації, низька теплостійкість та хімічна стійкість, горючість. Поширення набув спінений ПС (пінопласт)ГОСТ 15588-86 Плиты пенополистирольные. Технические условия.. Для покращення властивостей використовують співполімери полістиролу з акрилонітрилом, метилметакрилатом, α-метилстиролом. Найбільшого поширення отримали удароміцні співполімери стиролу з бутадієновим чи бутадієнстирольним каучуком, що отримали назву — «удароміцний полістирол»ГОСТ 28250-89 (ISO 2897-2—81) Полистирол ударопрочный. Технические условия. (УПС, ASR — Advanced Styrene Resine).
Поліметилметакрилат (ПММА, органічне скло, PMMA — Polymethyl methacrylate)ISO 8257-1 Пластмаси — Поліметилметакрилат (PMMA) для формування та екструзії — Частина 1: Система позначень і основа для складання технічних умов — полімер метилметакрилату, твердий прозорий без кольору аморфний матеріал загальнотехнічного призначення густиною 1,19 г/см3. Не розчиняється у воді, спиртах, стійкий до дії розбавлених лугів, кислот, фізіологічно не шкідливий і стійкий до біологічних середовищ. Морозостійкий (—60 °С). Характеризується високою прозорістю. Виготовляється у вигляді аркушів товщиною від 0,8 мм до 24 мм, які характеризуються високою атмосферостійкістю, гарними фізико-механічними та електроізоляційними властивостями. Застосовується в авіабудуванні (авіаційне скло), автомобілебудуванні (ковпаки ліхтарів), світлотехніці. Недоліки: низька міцність при ударі, горючість, низькі діелектричні характеристики при високих частотах, здатність до поверхневого розтріскування у присутності кисню.
Поліетилентерефталат (ПЕТФ, PET — polyethylene terephthalate) — термопласт, найпоширеніший представник класу складних поліефірів терефтальової кислоти і етиленгліколю, відомий під різними фірмовими назвами (терилен — Велика Британія, дакрон — США, тергал — Франція, тревіра — ФРН, теторон — Японія). Тверда, безбарвна, прозора речовина в аморфному стані і біла, непрозора в кристалічному стані. Переходить у прозорий стан при нагріванні до температури склування і залишається в ньому при різкому охолодженні. Вирізняється хорошими механічними властивостями, зносостійкістю, гарний діелектрик. Використовується у вигляді хімічних волокон для побутових потреб; є основним матеріалом для армування автомобільних шин, транспортних стрічок, шлангів високого тиску; матеріал ємностей для рідких продуктів харчування (ПЕТ-пляшки для напоїв) та ін. Недоліки: абсолютно нестійкий до дії каустичної соди: як до концентрованих розчинів, так і до розведеним (руйнування має в характер піттингової корозії, а дія концентрованих розчинів соляної кислоти призводить до рівномірного зменшення товщини стінок тари.
Фторопласти — група полімерів на основі фторомістких поліолефінів і (або) їхніх співполімерів, до яких належать політетрафторетилен, політрифторхлоретилен, полівініліденфторид та ін. політетрафторетилен (ПТФЕ, фторопласт-4, фторолон-4, teflon, PTFE — polytetrafluoroethylene) — кристалічний полімер тетрафторетилену білого кольору, густиною 2,15-2,24 г/см³, хімічно найстійкіший зі всіх відомих термопластів. ПТФЕ не розчиняється у жодному розчиннику, не реагує на кислоти та луги, на міцні окислювачі та агресивне середовище. Один з найкращих діелектриків, характеризується високою морозостійкістю (до -195 °С) і високою теплостійкістю (до 250 °С). Недоліки: мала твердість, холодотекучість при незначних напруженнях, несклеюваність, незадовільна зварюваність.