Більшість пластичних мас поряд с. полімерним в'яжучим включає і наповнювачі. Такі пластмаси називають наповненими. Разом з тим в деяких випадках, наприклад, при виготовленні прозорих або пористих пластмас, наповнювачі не додають (ненаповнені пластмаси).
Компоненти пластмас. Основними компонентами пластмас є синтетичні полімери. Синтетичні полімери класифікують за різними ознаками: способом отримання, особливостями розміщення атомів в макромолекулі і довжиною основному ланцюзі, відношенню до температури, відмітними фізікомеханічнімі свойс - свідомість, хімічним складом та ін.
Залежно від способу отримання полімери поділяють на полімерізаційні і поліконденсаційні.
Полімеризацією називають процес з'єднання молекул вихідних низькомолекулярних речовин - мономерів з утворенням високомолекулярних речовин, що не супроводжується виділенням побічних продуктів.
Поліконденсацією називається процес утворення полімеру, який супроводжується одночасним виділенням який низкомолекулярной речовини (води, аміаку, галоідоводня і ін.). При реакції поліконденсації на відміну від полімеризації складу вихідного мономера не буде відповідати складу елементарного ланки полімеру.
Високомолекулярні сполуки при полімеризації отримують за рахунок розмикання кратних зв'язків або кілець в циклічних спо луках і освіти макромолекул у вигляді ланцюгів під дією різних факторів: температури, світла, впливу речовин-ініціаторів, каталізаторів тощо. Відповідно в залежності від характеру збудливого чинника, розрізняють термічну, фотохимическую, ініційовану та інші види полімеризації.
Застосовують п'ять основних способів полімеризації: блокполімерізацію, полімеризацію в розчині, суспензії, емульсії і в газоподібній фазі. При блокової полімеризації полімер відразу отримують у вигляді виробів певної форми - блоків.
Представником таких полімерів є поліметилметакрилат (органічне скло), який отримують у вигляді прозорих листів.
При блок-полімеризації мономер з добавкою ініціатора або каталізатора заливають у форми і нагрівають. Полімеризацію в розчині застосовують для отримання продуктів з відносно короткими ланцюгами, які використовують при виробництві лаків (лакова полімеризація), клеїв і ін. В цьому випадку мономер попередньо переводять за допомогою розчинника в розчин, а потім змішують з ініціатором. При суспензійній і емульсійної полімеризації мономер і ініціатор диспергованих у воді до дрібних крапельок. Для забезпечення стійкості крапельок в суспензії вводять захисні колоїди (желатин і ін.), А в емульсії поверхнево-активні речовини - емульгатори. При газовій полімеризації мономер знаходиться в газоподібному стані.
Поліконденсаті зазвичай мають більш короткі ланцюга і відповідно меншу молекулярну масу, ніж полімерізаційні полімери.
Як полімерізаційні, так і поліконденсаційні полімери можуть характеризуватися лінійної, розгалуженої та просторовою будовою молекул. При розгалуженої будові ланцюгові макромолекули мають бічні розгалуження, а при просторової вони з'єднані один з одним в трьохмірну сітку поперечними хімічними зв'язками.
Полімери, здатні багаторазово при нагріванні пом'якшуватися і купувати пластичність, а при охолодженні укріпляти, називають термопластичними. Термопластичні полімери мають лінійну або розгалужену структуру і утворюються переважно реакцією полімеризації.
Полімери з просторовою будовою макромолекул не можуть після твердіння знову при нагріванні вступити пластичності. Вони отримали назву термореактивних (реактопласти). До них належить більшість поліконденсатів. Чим більше поперечних зв'язків в макромолекулах таких полімерів (гущі "сітка"), тим більша їх міцність, менша плинність, висока пружність і т.д.
За хімічною будовою ланцюгів макромолекули прийнято розділяти на карболанцюгові і гетероланцюгові. У ланцюг карболанцюговіх полімерів входять лише атоми вуглецю, а в ланцюг гетероланцюговіх можуть входити і інші атоми.
Різновидом гетероланцюговіх є елементоорганічні полімери, які поряд з елементами, що входять в звичайних органічних сполук (вуглецем, воднем, азотом і киснем), містять і інші елементи - кремній, фосфор, алюміній, титан, олово і ін. До представників групи елементоорганіческіх полімерів відносяться кремнийорганические з'єднання (силікони), в яких основний ланцюг містить силоксанових зв'язку (Si-O-Si-). Кремнійорганічні та інші сполуки завдяки особливостям хімічної будови поєднують в собі ряд позитивних властивостей матеріалів як органічного, так і неорганічного походження: теплостійкість, гідрофобність, еластичність і ін.
Характерними фізико-механічними властивостями, за якими класифікують полімерні матеріали, є пружність і деформативність здатність. Високомолекулярні сполуки, здатні під дією зовнішніх сил деформуватися назад, називають Еластік (еластомерами), деформуватися пластично, т. Е. Необоротно - пластиками (Пластомір). До еластіковим відносяться, наприклад, різні каучуки, а до пластиків - більшість полімерів, що утворюють пластмаси.
Наповнювачі можуть покращувати механічні та діелектрічні властивості, підвищувати тепло - і атмосферостійкість, зменшувати усадку та інше. При введенні наповнювачів значно знижує собівартість пластмас.
Наповнювачі пластмас поділяють в залежності від походження на органічні і мінеральні, в залежності від форми - на порошкоподібні, волокнисті, листові. Як порошкоподібні наповнювачі поширені тирса, деревина, кварцовий і слюдяно борошно, тальк, сажа, графіт, каолін, азбестовий пил і ін. Застосування порошкоподібних наповнювачів разом з полімерами переважно фенолформальдегидной типу дозволяє отримати преспорошкі, які широко використовуються для виготовлення різноманітних технічних, побутових та іншого електричного виробів, а також виробів спеціального призначення, які мають підвищену ударну міцність, хімічну, водо - і теплостійкість.
Особливо висока механічна міцність пластмас досягається при застосуванні волокнистих (скловолокно, азбест, бавовна, синтетичне волокно і ін.) І листових (папір, деревне шпон, фольга, тканина) наповнювачів. З волокнистих наповнювачів особливо ефективні скляні волокна. На їх основі із застосуванням різноманітних синтетичних полімерів виготовляють пластмаси під загальною назвою склопластики.
Пластифікатори вводять в кількості 10. 100% маси полімеру для збільшення еластичності, поліпшення вогні - і морозостійкості, підвищення стійкості до ультрафіолетових променів і поліпшення умов переробки. Суть дії пластифікаторів полягає в проникненні в макромолекули полімерів і зменшенні міжмолекулярних сил зчеплення.
Добавки - стабілізатори застосовують для уповільнення процесів старіння пластмас при їх експлуатації і переробки. Залежно від природи старіння пластмас стабілізатори ділять на дві групи - термостабілізатор і світлостабілізатори.
Пластмаси переробляють в будівельні вироби різними способами, вибір яких залежить від властивостей компонентів і конструктивних особливостей виробів. Так, вироби на основі термопластичних полімерів часто отримують литтям під тиском, яке полягає в періодичному впріскуванні порцій розплавленої маси в форму за допомогою ливарних машин. Засіспользуют також екструзію-видавлювання маси через мундштук шнекових екструзійних машин, вальцювання - формування в зазорі між валками, що обертаються, термоформування, пресування та інші способи.
Загальні властивості пластмас. Середня щільність пластмас коливається в широкому діапазоні - від 15 до 2200 кг / м3. Найбільш низьку щільність мають пористі пластмаси. Значний вплив на щільність мають наповнювачі. В середньому пластмаси в 6 разів легше стали і в 2,5 - ніж алюміній.
Пластмаси, як правило, мають високу міцність як при стисненні, так і при розтягуванні і вигині. Межа міцності при стисненні і розтягуванні найбільш високоміцних пластмас (склопластиків, деревношаруватіх пластиків і ін.) Досягає 300 МПа і більше.
На відміну від металів і ряду інших матеріалів твердість пластмас не дає уявлення про їх міцності. Навіть для таких най більш твердих пластмас, як текстоліти (наповнювач - бавовняна тканина), твердість приблизно в 10 разів менше ніж стали.
Незважаючи на невисоку твердість, пластмаси (особливо еластичні) мають низьку здатність до стирання, що дозволяє широко використовувати їх для покриття підлоги. Здатність до стирання, наприклад, безосновного одношарового полівінілхлоридного ліноліуму 0,06, багатошарового 0,035 г / см2, тобто приблизно така ж, як граніту.
Опір пластмас ударної дії, який визначається відношенням ударної енергії на руйнування до площі поперечного перерізу зразка, досягає високих значень для щільних пластмас (50. 150 кДж / м2) і може різко знижуватися в міру збільшення їх пористості.
Багато пластмас, що піддаються розтягуванню, характеризуються значною деформативність. Відносне подовження, тобто приріст довжини матеріалів в момент розриву до його початкової довжини, для плівок з поліетилену, становить 300, м - 150, бутилкаучуку - 10%.
Характеристикою пружних властивостей матеріалів є модуль пружності. Цей параметр для пластмас значно менше, ніж для інших будівельних матеріалів. Так, для стали він дорівнює (2. 2,2) · 105, деревини (0,063. 0,14) · 105, паперово-шаруватого пластику (0,021. 0,028) · 105, поліефірного склопластику (0,022. 0,028) · 105 МПа.
Залежно від модуля пружності виділяють жорсткі, напівтверді, м'які і еластичні пластмаси. Прикладами жорстких пластмас, які руйнуються крихко з незначним подовженням при розриві, є фенолформальдегідні і гліфталеві (поліефірні) пластмаси; вони мають модуль пружності понад 1000 МПа. М'які пластмаси (поліетилен та ін.) Мають модуль пружності 20. 100 МПа, для них характерний високий відносне подовження. Напівтверді пластмаси (поліпропілен та ін.) Мають проміжні значення модуля пружності 400. 1000 МПа. Для еластичних пластмас (гуми і близьких до них матеріалів) модуль пружності не перевищує 20 МПа. При нормальній температурі деформації їх в основному оборотні.
Невисокі значення модуля пружності пластмас сприяють поступовому збільшенню необоротних деформацій при постійному навантаженні - повзучості. Повзучість пластмас можна в значній мірі пояснити ковзанням макромолекул полімерного сполучного. Вона значно зростає навіть при незначному підвищенні температури. Для пластмас на основі просторових полімерів, молекули яких "зшиті" поперечними зв'язками, повзучість значно менше. Підвищена повзучість обмежує застосування пластмас в несучих конструкціях, що працюють під великими навантаженнями.
Теплопровідність щільних пластмас без наповнювача 0,1160,348 Вт / м ° С. Введення мінеральних наповнювачів збільшує теплопровідність пластмас. Теплозахисні властивості пластмас відкривають можливість їх широкого застосування в конструкціях будівель.
Поряд з низькою теплопровідністю пластмаси характеризуються великою тепловим розширенням. Коефіцієнт лінійного теплового розширення поліетилену (160. 230) · 10-6, полівінілхлориду (80. 90) · 10-6, фенолформальдегідних полімерів (10. 30) · 10-6, стали 12 · 10-6 ° С-1. Теплове розширення пластмас необхідно враховувати при проектуванні і експлуатації конструкцій, щоб не допускати деформацій і утворення тріщин.
У міру підвищення температури розвивається деструкція, тобто руйнування полімерів, або починається їх плавлення. Температура початку плавлення більшості термопластичних полімерів 105. 165 ° С. Теплостійкість пластмас, характеризується температурою, при якій спостерігається гранично можлива деформація, знаходиться переважно в діапазоні 60. 180 ° С. Мінімально допустима температура експлуатації, при якій пластмаси стають крихкими, коливається в широкому діапазоні : від -10 ° С для вініпласта до -270 ° С для матеріалів з політетрафторетилену.
Більшість пластмас є легкоспалахуючімі і спалимих; вони горять відкритим полум'ям як в зоні вогню, так і поза нею. До вогнестійкими відносяться пластмаси на основі полівінілхлориду, фенолформальдегідних, карбамідних, кремнійорганічних полімерів. Введення в спаленні полімери спеціальних добавок - антипіренів також переводить пластмаси в групу важкогорючих. Чи не горять і не тліють під дією вогню фторопласти, перхлорвінілові пластмаси.
Багато ненаповнених пластмас мають високу прозорість. Це дозволяє на їх основі виготовляти органічні скла, використовувані для скління оранжерей, теплиць, споруд лікувального призначення. Найбільш поширене органічне скло - поліметилметакрилат пропускає до 94% променів видимої частини спектра і 73,5% ультрафіолетових променів, в той час як звичайне силікатне скло відповідно 84. 87% і 0,3. 0,6%.
Полімерні матеріали, як правило, хороші діелектрики. При їх експлуатації слід враховувати можливість накопичення на їх поверхні електростатичного заряду, що утворюється під дією сил тертя. Ступінь електризації таких рулонних матеріалів, як ПВХ лінолеум, може досягати 65 В / см2. Це слід приймати до уваги для запобігання пожежі особливо в приміщеннях, де концентруються пари легкоспалахуючіх рідин. Електроакумулюючу здатність пластмас зменшують введенням в їх склад спеціальних речовин - антістатіків і наповнювачів, які проводять струм.
Синтетичні полімери та пластмаси на їх основі мають високу стійкість до агресивних середовищ. Найбільш стійкі до дії кислот, лугів, солей, різних окислювачів карболанцюгові полімери. Гетероланцюгові полімери легше піддаються впливу хімічних реагентів. Наявність в макромолекулах гідроксильної групи, наприклад, в молекулах полівінілового спирту, знижує стійкість полімеру до дії води, кислот, лугів. Навпаки, заміна атомів водню в складі макромолекул фтором збільшує хімічну стійкість полімерів. Фторопласти по хімічній стійкості перевершують благородні метали, спеціальні сплави, протикорозійну кераміку.
Більшість пластмас стійкі не тільки до впливу хімічних реагентів, а й до дії грибків, бактерій, комах і гризунів, тобто біостійкі. Біологічно нестійкими є пластмаси, що складаються з деревного наповнювача (деревостружкові та деревоволокнисті плити), деякі високопористі пластмаси (міпора), вироби з поліетилену. При підвищеній вологості і температурі елементи споруд із застосуванням деревостружкових і деревоволокнистих плит, а також міпорі можуть пошкоджуватися грибками і бактеріями. Труби, плівки та інші вироби з поліетилену уражаються гризунами. Біостійкість пластмас покращують добавками антисептиків. В поліетиленові вироби для запобігання від пошкодження гризунами додають кам'яновугільний пек і деякі інші речовини.
При застосуванні пластмас для підлог, внутрішнього облицювання стін важливо враховувати їх санітарно-гігієнічні властивості. Ряд пластмас, особливо на основі фенолоформальдегідних, поліефірних, епоксидних полімерів, при неповному завершення процесів поліконденсації або полімеризації, зміст токсичних пластифікаторів, затверджувачів, розчинників може виділяти в навколишнє середовище речовини, шкідливі для здоров'я людей і тварин. Статичну електрику, яка накопичується на пластмасах може мати стимулюючий вплив на мікрофлору.
Під впливом тепла, світла, кисню повітря в пластмасах тій чи іншій мірі відбувається зміна експлуатаційних властивостей - старіння. Процес старіння прискорюється під дією механічних навантажень. Старіння пластмас різко сповільнюється при введенні добавок-стабілізаторів.