16.1 Общие сведения. Свойства пластмасс

Пластическими массами называются композиционные материалы, в которых в качестве связующего применяются полимеры – органические вещества с высокой молекулярной массой.

Кроме связующего, в состав входят наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители или пигменты, смазывающие вещества, катализаторы.

Первая пластмасса эбонит была изготовлена в 1843 году на основе вулканизированного натурального каучука и применялась в качестве электроизоляционного материала. В 1887 г на основе модифицированной целлюлозы был получен целлулоид. В результате исследований Л. Бэкеленда и Г. С. Петрова в начале ХХ столетия были получены первые синтетические полимеры фенолоальдегиды и на их основе изготавливались фенопласты. С 1930–1940 годов промышленность СССР начала выпускать поливинилхлорид, полистирол, полиэтилен, полиамиды и др.

В теоретические исследования и разработку технологических процессов производства синтетических полимеров внесли большой вклад С.В. Лебедев, Н.Н. Семенов, С.С. Медведев, И.П. Лосев и др.

Полимерные материалы являются эффективными строительными материалами и по ряду свойств превосходят традиционные. К достоинствам их следует отнести малую среднюю плотность, высокий предел прочности и коэффициент конструктивного качества, низкую теплопроводность, высокую коррозионнную стойкость, светопрозрачность.

Средняя плотность пластмасс составляет от 15 до 2200 кг/м³. Например, полиэфирные стеклопластики легче алюминия в 2 раза, стали – в 5 раз. Пенопласты легче пенобетона в 20–40 раз. Применение их позволяет снизить массу конструкций. Из пластмасс можно получить материалы с высокой механической прочностью. Так, стеклопластик СВАМ (стекловолокнистый анизотропный материал), имеет предел прочности при сжатии и растяжении до 450 МПа.

Теплопроводность плотных пластмасс составляет 0,2–0,6, пористых – 0,023–0,045 Вт/(м · ⁰С). Применение пористых пластмасс позволяет изготавливать легкие конструкции.

Высокая коррозионная стойкость пластмасс к воздействию кислот, щелочей, солей позволяет применять их в химической промышленности, для канализационных труб.

Отдельные пластмассы имеют высокую светопрозрачность. Светопрозрачность полиметилметакрилатных стекол составляет 83–94 %.

К недостаткам пластмасс следует отнести способность к старению, низкую теплостойкость, токсичность, что ограничивает область их применения.

Процесс старения в пластмассах протекает быстрее, чем в минеральных материалах. Происходит потеря прочности, эластичности, повышение хрупкости. Замедляют этот процесс введением стабилизаторов.

Теплостойкость пластмасс составляет в основном 80–160 ⁰С. Кремнийорганические смолы сохраняют свойства от –100 ⁰С до + 300 ⁰С.

Если химические процессы при изготовлении полимеров незавершены, пластмассы могут быть токсичными. Применение их необходимо согласовывать с санитарным надзором.

1. Сырьевые материалы

Сырьем для изготовления полимеров служат нефть, природные газы, каменный уголь, минеральные соли.

В нефти содержатся в растворенном состоянии метан, этан, пропан, бутан. При крекинге образуются этилен, пропан, бутилен, бутан. Эти газы являются сырьем для изготовления полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, фторопласта, синтетического каучука, фенолоформальдегидных, полиэфирных и других смол.

Природные газы содержат метан, который служит для получения ацетилена, формальдегида, необходимых для синтеза полимеров.

При сухой перегонке угля образуются газы и жидкие продукты, из которых извлекают углеводороды, фенол, бензол, нафталин, применяемые для синтеза фенолоформальдегидных, глифталевых, полиамидных и других смол.

Из древесины получают целлюлозу.