Пластические массы (пластмассы, пластики), полимерные материалы. формуемые в изделия в пластическом или вязкотекучем состоянии обычно при повышенной температуре и под давлением. В обычных условиях находятся в твердом стеклообразном или кристаллическом состоянии. Помимо полимера могут содержать твердые или газообразные наполнители и различные модифицирующие добавки, улучшающие технологические и(или) эксплуатационные свойства, снижающие стоимость и изменяющие внеш. вид изделий. В зависимости от природы твердого наполнителя различают асбопластики. боропластики, графитопласты, металлополимеры. органопластики. стеклопластики. углепластики. пластические массы, содержащие твердые наполнители в виде дисперсных частиц различной формы (напр., сферической, игольчатой, волокнистой, пластинчатой, чешуйчатой) и размеров, распределенных в полимерной матрице (связующем), называют дисперсно-наполненными пластическими массами, содержащие наполнители волокнистого типа в виде ткани, бумаги. жгута, ленты, нити и др., образующие прочную непрерывную фазу в полимерной матрице, наз. армированными (см. Армированные пластики, Композиционные материалы). В пластических массах могут также сочетаться твердые дисперсные и(или) непрерывные наполнители одинаковой или различной природы (т. наз. гибридные, или комбинированные, наполнители). Содержание твердого наполнителя в дисперсно-наполненных пластических массах обычно изменяется в пределах 30-70% по объему, в армированных - от 50 до 80%.
Пластические массы, содержащие в качестве наполнителя газ или полые орг. либо неорг. частицы, относят к пенопластом. которые также могут быть дисперсно-наполненными или армированными.
Модифицирующие добавки вводят в пластические массы в небольших количествах для регулирования состава, структуры и свойств полимерной фазы или границы раздела фаз полимер - наполнитель. Для регулирования вязкости на стадиях получения и переработки пластические массы используют инертные или активные растворители, разбавители и загустители, для снижения температур стеклования, текучести и хрупкости-пластификаторы, для повышения химической, термо- и светостойкости - антиоксиданты. термо- и светостабилизаторы. для снижения горючести-антипирены, для окрашивания - пигменты или красители, для снижения электризуемости - антистатики. для улучшения смачивания наполнителя и повышения адгезионного взаимодействия полимер - наполнитель используют ПАВ и аппретирующие ср-ва (см. Текстильно-вспомогательные вещества). По типу полимерного компонента и характеру физ. и хим. превращений, протекающих в нем при получении и переработке и определяющих способ и условия последних, пластические массы подразделяют на два принципиально различных класса - термопласты и реактопласты.
Термопласты (ТП) - пластические массы на основе линейных или разветвленных полимеров, сополимеров и их смесей (см. также Высокомолекулярные соединения), обратимо переходящих при нагревании в пластическое или вязкотекучее состояние в результате плавления кристаллической и(или) размягчения аморфной (стеклообразной) фаз. Наиболее распространены ТП на основе гибкоцепных (гл. обр. карбоцепных) полимеров, сополимеров и их смесей-полиолефинов (полиэтилена, полипропилена. поли-4-метил-1-пентена), поливинилхлорида, полистирола(см. также Полистирол ударопрочный. АБС-пластик), полиметилметакрилата. поливинилацеталей. производимых в больших объемах и имеющих сравнительно низкую стоимость; они обладают низкими температурами плавления и размягчения, тепло- и термостойкостью. Особое место среди пластические массы на основе карбоцепных полимеров занимают фторопласты, для которых характерны высокие температуры плавления и уникальные хим. стойкость и термостойкость, антифрикц. свойства. В меньших масштабах используют ТП на основе гетероцепных полимеров, сополимеров и их смесей, например гибкоцепных алифатических и жесткоцепных ароматических простых и сложных полиэфиров (см., например, Пента-пласт, Полисульфоны. Полифениленоксиды, Полиэтилен-терефталат, Поликарбонаты, Полиарилаты), полиамидов (см. также Поли-ε-капроамид, Полигексаметиленадипинамид, Поли-м-фениленизофталамид), полиацеталей (см. Полиформальдегид), полиимидов и полиуретанов.
По фазовому состоянию не содержащие наполнителей (ненаполненные) ТП м. б. одно- и двухфазными аморфными, аморфно-кристаллическими и жидкокристаллическими. К однофазным аморфным ТП относятся полистирол, полиметакрилаты, Полифениленоксиды, которые эксплуатируются в стеклообразном состоянии и обладают высокой хрупкостью. По свойствам им близки стеклообразные аморфно-кристаллические ТП, имеющие низкую степень кристалличности (менее 25%), например поливинилхлорид, поликарбонаты, полиэтилентере-фталат, и двухфазные аморфные ТП на основе смесей полимеров и привитых сополимеров. например ударопрочный полистирол, АБС-пластики, состоящие из непрерывной стеклообразной и тонкодиспергированной эластичной фаз. Деформационная теплостойкость таких ТП определяет температура стеклования, лежащая в интервале 90-2200C.
Кристаллические ТП, имеющие высокую степень кристалличности (более 40-50%) и низкую температуру стеклования, например полиолефины. фторопласты, полиформальдегид, алифатические полиамиды, обычно эксплуатируют при температурах выше температур стеклования, когда аморфные области находятся в эластическом состоянии. Их деформационная теплостойкость определяет температура плавления, лежащая в интервале 110-3600C.
ТП на основе термотропных жидкокристаллических полимеров (см. Жидкие кристаллы), напр. некоторых ароматических сложных полиэфиров и их сополимеров, состоят из изотропной и анизотропной (чаще всего нематической) фаз. Анизотропная фаза характеризуется самопроизвольной ориентацией выпрямленных макромолекул или их участков и оказывает т. наз. эффект самоармирования. Их теплостойкость определяет температура плавления жидкокристаллич. фазы, лежащая в пределах 200-2500C.
Производят ТП в виде гранул или порошков. Для наполнения с целью снижения стоимости, повышения стабильности формы изделий и улучшения эксплуатационных свойств чаще всего используют коротковолокнистые наполнители органической или неорганической природы и минеральные порошки. Эти наполнители, а также модифицирующие добавки вводят чаще всего при переработке-гранулировании ТП, реже на стадии синтеза полимера (см. Полимеризация на наполнителях). При использовании непрерывных волокнистых наполнителей их пропитывают раствором или расплавом полимера. Применяют также методы пленочной, волоконной или порошковой технологии, в которых наполнитель сочетают с ТП, находящимся в форме пленки, волокна или порошка соотв.; на стадии формования изделий из таких пластмасс ТП расплавляются и наполнитель пропитывается ими.
В качестве газонаполненных ТП наиб. распространены пенополистирол и пенополивинилхлорид, а также синтактические пластические массы (наполнитель - полые частицы).
Ненаполненные и дисперсно-наполненные ТП формуют в изделия и полуфабрикаты (напр., прутки, профили, листы) литьем под давлением и экструзией, реже прессованием или спеканием. Изделия из листовых заготовок ТП, в т.ч. армированных непрерывными наполнителями, изготовляют штамповкой, вакуумным и пневмоформованием. Изделия и полуфабрикаты из ТП можно подвергать механической обработке (напр., вырубке, резке), сварке, склеиванию и вторичной переработке. Для регулирования структуры ТП и остаточных напряжений в изделиях из них используют дополнительную термообработку (отжиг или закалку). Для снижения ползучести (особенно при повышенных температурах) ТП подвергают также химическому или радиационному сшиванию, приводящему к образованию пространственной сетки. Важный способ повышения деформационно-прочностных свойств ТП, особенно листовых и пленочных - ориентационная вытяжка (см. Ориентированное состояние полимеров).
Реактопласты (РП) - пластические массы на основе жидких или твердых, способных при нагревании переходить в вязкотекучее состояние, реакционноспособных олигомеров (смол), превращающихся в процессе отверждения при повышенной температуре и(или) в присутствии отвердителей в густосетчатые стеклообразные полимеры, необратимо теряющие способность переходить в вязкотекучее состояние. По типу реакционноспособных олигомеров РП подразделяют на фенопласты (на основе фенолоформальдных смол), аминопласты (на основе мочевино- и меламино-формальд. смол), эпоксипласты (на основе эпок-сидных смол), эфиропласты (на основе олигомеров акриловых), имидопласты (на основе олигоимидов или смесей имидообразующих мономеров) и др. Мол. масса олигомеров, тип и кол-во реакционноспособных групп в них, а также природа и кол-во отвердителя определяют свойства РП на стадиях их получения, переработки в изделия (напр., условия, механизм и скорость отверждения, объемные усадки и выделение летучих веществ), а также эксплуатац. свойства изделий. Для регулирования технологических свойств РП наиболее широко используют разбавители, загустители и смазки, а для модификации свойств в отвержденном состоянии - пластификаторы и эластифицирующие добавки (напр., жидкие каучуки, простые олигоэфиры), которые вводят в олигомер.
Ненаполненные РП сравнительно редко используют как самостоят. материалы из-за высоких объемных усадок при отверждении смол и возникающих вследствие этого больших усадочных напряжений. Обычно смолы, содержащие модифицирующие добавки, служат связующими наполненных РП. Дисперсно-наполненные РП получают в виде OT-верждающихся масс (см. Пресспорошки, Премиксы)совмещением связующего с наполнителем в разл. смесителях; такие РП перерабатывают в изделия методами компрессионного или литьевого прессования и литья под давлением, реже заливкой в формы или трансфертам прессованием. Армированные РП получают в виде препрегов-предвари-тельно пропитанных связующим непрерывных волокнистых наполнителей (см. Волокниты, Гетинакс, Слоистые пластики, Сотопласты). Изделия из таких полуфабрикатов формуют методами намотки, выкладки и протяжки с послед. фиксированием их формы путем отверждения связующего. В др. методах заготовки изделий формуют из "сухого" наполнителя, а затем, предварительно вакуумируя, пропитывают их связующим под давлением, после чего уплотняют и отверждают.
Из газонаполненных РП наиболее распространение получили пенофенопласты и пенополиуретаны.
Основные преимущества РП по сравнению с ТП-более широкие возможности регулирования вязкости, смачивающей и пропитывающей способности связующего; недостатки обусловлены экзотермич. эффектами, объемными усадками и выделением летучих веществ при отверждении и связанными с этим дефектностью и нестабильностью формы изделий и их хрупкостью. Процессы формования изделий из РП обычно более длительны и трудоемки, чем из ТП. На предельных стадиях отверждения РП не способны к повторному формованию и сварке. Соединение деталей из РП производят склеиванием и механическими методами. При низких степенях отверждения РП способны к так называемой хим. сварке и приформовке одной детали к другой.
Свойства и применение. Физико-механические и другие эксплуатационные свойства ТП и РП различаются в очень широких пределах в зависимости от типа и содержания полимера, наполнителя и модифицирующих добавок. Так, для ненаполненных пластических масс кратковременный модуль упругости при обычных условиях изменяется от 4 ГПа для аморфных стеклообразных до 0,015 ГПа для кристаллических с низкой температурой стеклования, а прочность при растяжении - от 150-200 до 10 МПа соответственно. Плотность ненаполненных пластических масс лежит в пределах 0,85-1,50 г/см3 и только для фторопластов достигает 2,3 г/см3. В широких пределах различаются также диэлектрические и теплофизические свойства ненаполненных пластических масс. Очень резко изменяются свойства пластических масс при их наполнении - от легких и мягких пенопластов до жестких и прочных боро-, органов и углепластиков, значительно превосходящих по прочностным показателям конструкционные металлы (см. Наполненные полимеры).
Основные достоинства пластических масс - возможность произ-ва деталей сложной формы и полуфабрикатов (пленок, труб, профилей и т.п.) высокопроизводительными, малоэнергоемкими и безотходными методами формования (см. также Полимерных материалов переработка), низкая плотность, устойчивость в агрессивных средах, к воздействиям вибрации и ударных нагрузок, радиационных излучений, атмосферостойкость, высокие оптические и диэлектрические свойства, легкость окрашивания. К недостаткам относятся горючесть, большое тепловое расширение, низкие термо- и теплостойкость, склонность к ползучести и релаксации напряжения, растрескивание под напряжением.
Пластические массы применяют во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства в качестве материалов конструкционного, защитного, электротехнического, декоративного, фрикционного и антифрикционного назначений.
Термин "пластические массы" появился в кон. 19 в. Первые промышленные материалы были изготовлены на основе нитроцеллюлозы (1862-65) и казеина (1897). Развитие совр. реактопластов началось с разработки фенопластов (Л. Бакеланд, 1907-08) и аминопластов (Г. Поллак, 1921), термопластов-с синтеза полистирола (1930), поливинилхлорида (1937), полиэтилена (1938-39). В России производство пластические массы начало складываться приблизительно в 1914 и достигло 5,03 млн. т/год (1986); науч. основы и организац. начала связаны с именами Г.С. Петрова, A.M. Настюкова, А.А. Ваншейдта, С.H. Ушакова, И. П. Лосева и др. Совр. промышленность пластические массы включает большой ассортимент материалов на основе разнообразных связующих и наполнителей. Рост мирового производства пластических масс идет высокими темпами (ок. 20% в год); оно достигло 72,8 млн. т/год (1985), превысив по объему производство металлов.
