Пластмаси (пластичні маси) або пластики - органічні матеріали, основою яких є синтетичні або природні високомолекулярні з'єднання (полімери). Виключно широке застосування отримали пластмаси на основі синтетичних полімерів.
Назва «пластмаси» означає, що ці матеріали під дією нагрівання і тиску здатні формуватися і зберігати після охолодження або затвердіння задану форму. Процес формування супроводжується переходом пластично деформується (вязкотекучего) стану в склоподібний стан.
Історія Правити
Перша пластмаса була отримана англійським металургом і винахідником Олександром Паркс в 1855 році [1]. Паркс назвав її паркезін (пізніше набуло поширення інша назва - целулоїд). Паркезін був вперше представлений на Великий Міжнародній виставці в Лондоні в 1862 році. Розвиток пластмас почалося з використання природних пластичних матеріалів (жувальної гумки. Шелаку), потім продовжилося з використанням хімічно модифікованих природних матеріалів (гума. Нитроцеллюлоза. Колаген. Галалу) і, нарешті, прийшло до повністю синтетичним молекулам (бакеліт. Епоксидної смоли. Полівінілхлорид. Поліетилен та інші).
Паркезін був торговою маркою першого штучного пластика і був зроблений з целюлози, обробленої азотною кислотою і розчинником. Паркезін часто називали штучної слонової кісткою. У 1866 році Паркс створив фірму Parkesine Company для масового виробництва матеріалу. Однак, в 1868 році компанія збанкрутувала через погану якість продукції, так як Паркс намагався скоротити витрати на виробництво. Наступником паркезіна став Ксилон (інша назва того ж матеріалу), яку виробляє компанія Даніеля Спілла. колишнього співробітника Паркса, і целулоїд, вироблений Джоном Веслі Хайат.
Типи пластмас Правити
Залежно від природи полімеру і характеру його переходу з вязкотекучего в склоподібний стан при формуванні виробів пластмаси ділять на:
- Термопласти (термопластичні пластмаси) - при нагріванні розплавляються, а при охолодженні повертаються в початковий стан;
- Реактопласти (термореактивні пластмаси) - в початковому стані мають лінійну структуру макромолекул, а при деякій температурі затвердіння набувають сітчасту. Після затвердіння не можуть переходити у в'язкотекучий стан. Робочі температури вище, але при нагріванні руйнуються і при наступному охолодженні не відновлюють своїх вихідних властивостей.
Також газонаповнені пластмаси - спінені пластичні маси, що володіють малою щільністю.
властивості Правити
Основні механічні характеристики пластмас ті ж, що і для металів.
Пластмаси характеризуються малою щільністю (0,85-1,8 г / см), надзвичайно низькими електричної і теплової провідності, не дуже великий механічною міцністю. При нагріванні (часто з попередніми розм'якшенням) вони розкладаються. Чи не чутливі до вологості. стійкі до дії сильних кислот і підстав. ставлення до органічних розчинників різне (в залежності від хімічної природи полімеру). Фізіологічно майже нешкідливі. Властивості пластмас можна модифікувати методами кополімеризації або стереоспецифічні полімеризації. шляхом поєднання різних пластмас один з одним або з іншими матеріалами, такими як скляне волокно. текстильна тканина. введенням наповнювачів і барвників, пластифікаторів. тепло - і светостабілізаторов. опромінення і ін. а також варіюванням сировини, наприклад використання відповідних поліолів і диизоцианатов при отриманні поліуретанів.
Твердість пластмас визначається по Брінеллю при навантаженнях 50-250 кгс на кульку діаметром 5 мм.
Теплостійкість за Віка - температура, при якій циліндричний стрижень діаметром 1,13 мм під дією вантажу масою 5 кг (для м'яких пластмас 1 кг) поглибиться в пластмасу на 1 мм.
Температура крихкості (морозостійкість) - температура, при якій пластичний або еластичний матеріал при ударі може зруйнуватися крихке.
отримання Правити
Виробництво синтетичних пластмас засноване на реакціях полімеризації. поліконденсації або поліприєднання низькомолекулярних початкових речовин, що виділяються з вугілля. нафти або природного газу. При цьому утворюються високомолекулярні зв'язку з великим числом вихідних молекул (приставка «полі-» від грецького «багато», наприклад етилен-поліетилен).
Методи обробки Правити
Механічна обробка Правити
Пластичні маси, в порівнянні з металами, мають підвищену пружною деформацією. внаслідок чого при обробці пластмас застосовують більш високі тиску, ніж при обробці металів. Застосовувати будь-яку мастило, як правило, не рекомендують; тільки в деяких випадках при остаточній обробці допускають застосування мінерального масла. Охолоджувати виріб і інструмент слід струменем повітря.
Пластичні маси більш крихкі, ніж метали, тому при обробці пластмас ріжучими інструментами треба застосувати високі швидкості різання і зменшувати подачу. Знос інструменту при обробці пластмас значно більше, ніж при обробці металів, чому необхідно застосовувати інструмент з високовуглецевої або швидкорізальної сталі або ж з твердих сплавів. Леза ріжучих інструментів треба заточувати, по можливості, більш гостро, користуючись для цього дрібнозернистими колами.
Пластмаса може бути оброблена на токарному верстаті. може фрезеруватися. Для розпилювання може застосовуватися стрічкові пилки. дискові пилки і карборундові кола.
Сварка Правити
З'єднання пластмас між собою може здійснюватися механічним шляхом за допомогою болтів, заклепок, склеюванням, розчиненням з подальшим висиханням, а також за допомогою зварювання. З перерахованих способів з'єднання тільки за допомогою зварювання можна отримати з'єднання без сторонніх матеріалів, а також з'єднання, яке за властивостями і складом буде максимально наближене до основного матеріалу. Тому зварювання пластмас знайшла застосування при виготовленні конструкцій, до яких пред'являються підвищені вимоги до герметичності, міцності та інших властивостей.
Процес зварювання пластмас полягає в утворенні сполуки за рахунок контакту нагрітих поверхонь, що з'єднуються. Він може відбуватися за певних умов:
- Підвищена температура. Її величина повинна досягати температури вязкотекучего стану.
- Щільний контакт поверхонь, що зварюються.
- Оптимальний час зварювання - час витримки.
Також слід зазначити, що температурний коефіцієнт лінійного розширення пластмас в кілька разів більше, ніж у металів, тому в процесі зварювання і охолодження виникають залишкові напруги і деформації, які знижують міцність зварних з'єднань пластмас.
На міцність зварних з'єднань пластмас великий вплив мають хімічний склад, орієнтація макромолекул, температура навколишнього середовища та інші фактори.
Застосовуються різні види зварювання пластмас:
- Сварка газовим теплоносієм з присадкою і без присадки
- Сварка екструдіруемой присадкою
- Контактно-теплова зварювання оплавленням
- Контактно-теплова зварювання проплавлением
- Сварка в електричному полі високої частоти
- Сварка термопластів ультразвуком
- Сварка пластмас тертям
- Сварка пластмас випромінюванням
- Хімічна зварювання пластмас
Як і під час зварювання металів, при зварюванні пластмас слід прагнути до того, щоб матеріал зварного шва і околошовной зони по механічним і фізичним властивостям мало відрізнявся від основного матеріалу. Сварка термопластів плавленням, як і інші методи їх переробки, заснована на перекладі полімеру спочатку в високоеластіческое, а потім в в'язкотекучий стан і можлива лише в тому випадку, якщо зварюються поверхні матеріалів (або деталей) можуть бути переведені в стан в'язкого розплаву. При цьому перехід полімеру в в'язкотекучий стан не повинен супроводжуватися розкладанням матеріалу термодеструкцію.
При зварюванні багатьох пластмас виділяються шкідливі пари і гази. Для кожного газу є строго певна гранично доступна його концентрація в повітрі (ГДК). Наприклад, для діоксиду вуглецю ГДК дорівнює 20, для ацетону - 200, а для етилового спирту - 1000 мг / м³.
Матеріали на основі пластмас Правити
Меблеві пластмаси Правити
Пластик, який використовують для виробництва меблів. отримують шляхом просочення паперу термореактивними смолами. Виробництво паперу є найбільш енерго - і капіталлоемкім етапом у всьому процесі виробництва пластику. Використовується 2 типу паперів: основою пластика є крафт-папір (щільна і невибілена) і декоративна (для додання пластику малюнка). Смоли підрозділяються на фенолформальдегідні. які використовуються для просочення крафт-паперу, і меламіноформальдегідні. які використовуються для просочення декоративного паперу. Меламіноформальдегідні смоли виробляють з меламіну, тому вони коштують дорожче.
Меблевий пластик складається з декількох шарів. Захисний шар - оверлей - практичний прозорий. Виготовляється з паперу високої якості, просочується меламиноформальдегидной смолою. Наступний шар - декоративний. Потім кілька шарів крафт-паперу, яка є основою пластика. І останній шар - компенсуючий (крафт-папір, просочена меламіноформальдегідних смолами). Цей шар присутній тільки у американського меблевого пластику.
Готовий меблевий пластик являє з себе міцні тоновані листи товщиною 1-3 мм. За властивостями він близький до гетинаксу. Зокрема, він не плавиться від дотику жалом паяльника. і, строго кажучи, не є пластичною масою, так як не може бути відлитий в гарячому стані, хоча і піддається зміні форми листа при нагріванні. Меблевий пластик широко використовувався в XX столітті для обробки салонів вагонів метро.
Система маркування пластика Правити
Для забезпечення утилізації одноразових предметів в 1988 році Товариством Пластмасової Промисловості була розроблена система маркування для всіх видів пластика і ідентифікаційні коди. Маркування пластику складається з 3-х стрілок у формі трикутника, всередині яких знаходиться число, що позначає тип пластику. Часто при маркуванні виробів під трикутником вказується літерна маркування (в дужках вказана маркування російськими буквами):