Свойства, состав и классификация пластмасс
Пластическими массами (пластмассами) называются материалы, получаемые на основе природных или синтетических полимеров. Пластмассы являются важнейшими современными конструкционными материалами. Они обладают рядом ценных свойств: малой плотностью (до 2 г/см 3 ), высокой удельной прочностью, низкой теплопроводностью, химической стойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, звукоизоляционными свойствами. Некоторые пластмассы обладают оптической прозрачностью, фрикционными и антифрикционными свойствами, стойкостью к истиранию и др. Кроме того, пластмассы имеют хорошие технологические свойства: легко формуются, прессуются, обрабатываются резанием, их можно склеивать и сваривать. Недостатками пластмасс являются низкая теплостойкость, низкая ударная вязкость, склонность к старению для ряда пластмасс.
Основой пластмасс являются полимерные связующие вещества. Кроме
связующих в состав пластмасс входят: наполнители для повышения прочности и придания специальных свойств; мистификаторы для повышения пластичности, что необходимо при изготовлении изделий из пластмасс; отвердшпели, ускоряющие переход пластмасс в неплавкое, твердое и нерастворимое состояние; стабилизаторы, предотвращающие или замедляющие процесс старения; красители.
По поведению при нагреве все пластмассы делятся на термопластичные и
термореактивные. Термопластичные при неоднократном нагревании и охлаждении каждый раз размягчаются и затвердевают. Термореактивные при нагревании размягчаются, затем еще до охлаждения затвердевают (вследствие протекания химических реакций) и при повторном нагревании остаются твердыми.
По виду наполнителя пластмассы делятся на порошковые, волокнистые,
слоистые, газонаполненные и пластмассы без наполнителя.
По способу переработки в изделия пластмассы подразделяются на литьевые
и прессовочные. Литьевые перерабатываются в изделия методами литьевого
прессования и являются термопластичными. Прессовочные перерабатываются в изделия методами горячего прессования и являются термореактивными.
По назначению пластмассы делятся на конструкционные, химически стойкие, прокладочные и уплотнительные, фрикционные и антифрикционные, теплоизоляционные и теплозащитные, электроизоляционные, оптически прозрачные, облицовочно-декоративные и отделочные.
Слоистые пластмассыполучают прессованием (или намоткой) слоистых
наполнителей, пропитанных смолой. Они обычно выпускаются в виде листов, плит, труб, из которых механической обработкой получают различные детали.
Текстолит — это материал, полученный прессованием пакета кусков
хлопчатобумажной ткани, пропитанной смолой. Обладает хорошей способностью поглощать вибрационные нагрузки, электроизоляционными свойствами.
Теплостоек до 80°С. Стеклотекстолит отличается от текстолита тем, что в
качестве наполнителя используется стеклоткань. Более прочен и теплостоек, чем текстолит, имеет лучшие электроизоляционные свойства. В асботекстолите наполнителем является асбестовая ткань. Кроме электроизоляционных, он имеет хорошие теплоизоляционные и фрикционные свойства. Гетинакс представляет собой материал, полученный прессованием нескольких слоев бумаги, пропитанной
смолой. Он обладает электроизоляционными свойствами, устойчив к действию химикатов, может применяться при температуре до 120-140°С.
Стекловолокнистый анизотропный материал (СВАМ) получают прессованием листов стеклошпона, пропитанных смолой. Стеклошпон изготовляется из стеклянных нитей, которые склеиваются между собой сразу после изготовления.
Листы стеклошпона располагаются в материале так, чтобы волокна соседних
листов располагались под углом 90°. СВАМ обладает высокой прочностью,
хорошими электроизоляционными свойствами, теплостоек до 200-400°.
Волокнистые пластмассыпредставляют собой композиции из волокнистого наполнителя, пропитанного смолой. Они делятся на волокниты, асбоволокниты и стекловолокниты.
В волокнитах в качестве наполнителя применяется хлопковое волокно. Они
используются для относительно крупных деталей общетехнического назначения с повышенной стойкостью к ударным нагрузкам. Асбоволокниты имеют наполнителем асбест — волокнистый минерал, расщепляющийся на тонкое волокно диаметром 0,5 мкм. Обладают теплостойкостью до 200°С, устойчивостью к ударным воздействиям, химической стойкостью, электроизоляционными и фрикционными свойствами. Стекловолокниты имеют в качестве наполнителя короткое стекловолокно или стеклонити. Прочность, электроизоляционные свойства и водостойкость стекловолокнитов выше, чем у волокнитов.
Применяются для изготовления деталей, обладающих повышенной прочностью.
Порошковые пластмассыв качестве наполнителя используют органические порошки (древесная мука, порошкообразная целлюлоза) и минеральные порошки (молотый кварц, тальк, цемент, графит). Эти пластмассы обладают невысокой прочностью, низкой ударной вязкостью, электроизоляционными свойствами. Пластмассы с органическими наполнителями применяются для ненагруженных деталей общетехнического назначения — корпусов приборов, рукояток, кнопок. Минеральные наполнители придают порошковым пластмассам химическую стойкость, водостойкость, повышенные электроизоляционные свойства.
Рассмотренные выше пластмассы со слоистыми, волокнистыми и порошковыми наполнителями имеют чаще всего термореактивные связующие, хотя имеются пластмассы с термопластичными связующими.
Пластмассы без наполнителячаше всего являются термопластичными
материалами. Рассмотрим наиболее важные из них.
Полиэтилен (-CH2-CH2-)n — продукт полимеризации бесцветного газа — этилена.
Один из самых легких материалов (плотность 0,92 г/см3), имеет высокую
эластичность, химически стоек, морозостоек. Недостатки — склонность к
старению и невысокая теплостойкость (до 60°С). Используется для изготовления пленки, изоляции проводов, изготовления коррозионно-стойких труб, уплотнительных деталей. Занимает первое место в общем объеме производства пластмасс.
Полипропилен (-СН2-СНС6Н.-)n — продукт полимеризации газа пропилена.
По свойствам и применению аналогичен полиэтилену, но более теплостоек (до 150°С) и менее морозостоек (до -10°С).
Поливинилхлорид (-СН2-СНСl-)n используется для производства винипласта и пластиката. Винипласт представляет собой твердый листовой материал,
полученный из поливинилхлорида без добавки пластификаторов. Обладает
высокой прочностью, химической стойкостью, электроизоляционными свойствами.
Пластикат получают при добавлении в поливинилхлорид пластификаторов,
повышающих его пластичность и морозостойкость.
Полистирол (-CH2-CHC6H5-)n — твердый, жесткий, прозрачный полимер.
Имеет очень хорошие электроизоляционные свойства. Его недостатки — низкая теплостойкость, склонность к старению и растрескиванию. Используется в электротехнической промышленности.
Органическое стекло — прозрачный термопластичный материал на основе
полиакриловой смолы. Отличается высокой оптической прозрачностью, в 2 раза легче минеральных стекол, обладает химической стойкостью. Недостатки — низкая твердость и низкая теплостойкость. Используется для остекления в автомобиле- и самолетостроении, для прозрачных деталей в приборостроении.
Фторопласты имеют наибольшую термическую и химическую стойкость из
всех термопластичных полимеров. Фторопласт-4 (-CF2-CF2-)n водостоек, не горит, не растворяется в обычных растворителях, обладает электроизоляционными и антифрикционными свойствами. Применяется для изготовления изделий, работающих в агрессивных средах при высокой температуре, электроизоляции и др. Фторопласт-3 (-CF2-CFCl-)n по свойствам и применению аналогичен фторопласту-4, уступая ему по термо- и химической стойкости и превосходя по прочности и твердости.
Газонаполненные пластмассыпредставляют собой материалы на основе
синтетических смол, содержащие газовые включения. В пенопластах поры,
заполненные газом, не соединяются друг с другом и образуют замкнутые объемы.
Они отличаются малой плотностью (0,02-0,2 г/см3), высокими тепло-, звуко- и электроизоляционными свойствами, водостойкостью. Недостатки пенопластов — низкая прочность и низкая теплостойкость (до 60°С). Используются для теплоизоляции и звукоизоляции, изготовления непотопляемых плавучих средств, в качестве легкого заполнителя различных конструкций. Мягкие виды пенопластов используются для изготовления мебели, амортизаторов и т.п.
Поропласты — это газонаполненные пластмассы, поры которых сообщаются между собой. Их плотность составляет 0,02-0,5 г/см3. Они представляют собой мягкие эластичные материалы, обладающие водопоглощением.
Источник
Товароведение, экспертиза и стандартизация
6.2. Классификация и ассортимент изделий из пластмасс
Хозяйственные товары из пластмасс (ХТП) классифицируют по виду пластмасс, способу производства, виду декорирования и назначению и другим признакам.
В производстве изделий из пластмасс используют пластмассы синтетические и на основе природных полимеров. Приведем характеристику основных видов пластмасс.
Полиэтилен – эластичный пластик с маслянистой поверхностью, морозостоек, химическистоек, обладает стойкостью к ударам, это термопластичный пластик, что делает возможным его повторную переработку. Различают полиэтилен высокого давления (ПЭНП) и полиэтилен низкого давления (ПЭВП). Это один из самых распространенных видов пластмасс. Полиэтилен высокого давления применяют для получения пленок, крышек для хозяйственной посуды, тарелок, мисок, стаканов и других видов столовой посуды. Полиэтилен низкого давления используют для производства тары, упаковки, кухонных приборов и т. п.
Полиэтилену присущи и недостатки: невысокая термостойкость и светостойкость, снижение прочности под действием жиров и нефтепродуктов.
Полипропилен (ПП) по внешним признакам напоминает полиэтилен, но обычно более жесткий, имеет поверхность с более выраженным блеском. От полиэтилена отличается и более высокой термостойкостью. Полипропилен находит широкое применение при производстве посуды, тары, упаковки, труб.
Поливинилхлорид (ПВХ) выпускается в виде пластиката – мягкого и эластичного материала, который применяют для производства пленок, линолеума, искусственных кож и т. п.; или в виде винипласта – твердого и жесткого пластика, применяемого для изготовления труб, листовых материалов.
Недостатком пластиката является его невысокая морозостойкость: при температуре ниже -20 °C он становится жестким и ломким.
Полистирол (ПС) – его внешние признаки могут быть различны: жесткий, бесцветный, прозрачный, либо окрашенный и непрозрачный. Характерной особенностью полистирола является то, что при ударе он издает металлический звук. Применяют данный пластик при производстве посуды, упаковочных материалов, элементов корпусов электробытовых машин; школьнописьменных приборов, галантерейных изделий и т. п. На базе этого полимера вырабатывают сополимеры:
УПС – ударопрочный полистирол (непрозрачный, обычно белый с пониженным блеском) применяется для производства посуды, внутренней отделки холодильников и т. п., склонен к старению – желтеет;
АБС – пластик сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола (обычно окрашивается в темные цвета) применяется при изготовлении внутренних деталей кузовов автомобилей;
МС – сополимер стирола с метакрилом (обычно бесцветный, прозрачный при ударе издает глухой звук);
СН – сополимер стирола с акрилонитрилом.
Политетрафторэтилен (ПТФЭ, тефлон) – обладает высокой химической стойкостью, обладает высокой плотностью, имеет высокие антиадгезионные свойства (антипригарные, минимальное трение). Применяется тефлон в качестве антипригарного покрытия в кухонной посуде, для покрытия подошв утюгов, а также для получения узлов трения в деталях машин и приборов и т. п.
Полиметилметакрилат (оргстекло) – бесцветный, прозрачный, твердый и жесткий пластик, он хорошо окрашивается в любые цвета, но легко царапается, при ударе издает глухой звук. Используют его как листовой материал, из него также вырабатывают фото- и химическую посуду и др.
Фенопласты получают путем пропитки отвердителем фенолформальдегидных смол с наполнителем и последующего горячего прессования. Эти пластмассы относятся к реактопластам и обладают высокой термостойкостью.
Они имеют черный или коричневый цвет, это вызвано тем, что в процессе старения они могут выделять фенол, который имеет коричнево-бурый цвет и обладает высокой токсичностью. Применяют их в производстве электроустановочных изделий, подставок под горячую посуду и др.
Аминопласты – получают поликонденсацией аминов и альдегидов. Эти пластмассы твердые, жесткие, окрашиваются в различные, обычно яркие цвета. Различают меламиноформальдегидные и мочевиноформальдегидные. Используют их для производства электроустановочных изделий, столовой посуды, подставок, разделочных досок.
Аминопласты и фенопласты не безопасны, при контакте с пищевыми продуктами могут выделять токсичные продукты (фенопласты для этих целей использовать запрещено), их переработка в изделия не отличается высокой технологичностью, что приводит к снижению их использования.
Полиамидные пластмассы (капрон, нейлон и др.) в производстве товаров хозяйственного назначения используются ограниченно. Полиамидные смолы в основном применяют при производстве текстильных материалов.
Полиэфирные пластмассы – основными их представителями являются полиэтилентерефталат (ПЭТ, лавсан) и поликарбонат. Полиэтилентерефталат – бесцветный, полупрозрачный, твердый, жесткий, прочный, устойчив к действию химических реагентов. Применяется он при производстве пленок, тары и упаковки и т. п.
Поликарбонат по внешним признакам напоминает полиэтилентерефталат, но отличается более высокой термостойкостью, поверхность изделий устойчива к механическим воздействиям, благодаря чему их можно подвергать механической мойке. Данный пластик обладает и высокой безвредностью, его называют небьющимся стеклом. Благодаря высокому уровню свойств данный вид пластмасс находит все более широкое распространение.
Полиуретаны – получают путем поликонденсации диизоцианатов с многоатомными спиртами или диаминами. Они могут быть как термопластичными, так и термореактивными, обладают высокой химической стойкостью, хорошие диэлектрики. В производстве хозяйственных товаров из пластмасс наибольшее распространение получил пенополиуретан (поролон), кроме этого их используют для производства лаков, искусственных кож, материалов для подошв обуви.
Основным недостатком полиуретанов является то, что при горении они выделяют токсичные газы (цианаты).
Пластмассы на основе кремнийорганических смол (силикопласты) служат защитно-декоративными покрытиями, лакокрасочных материалов, электроизоляции, смазочных материалов. В настоящее время применение этих пластмасс находит все более широкое применение.
Пластмассы на основе природных полимеров в последнее время применяются ограниченно. Они не всегда имеют высокие показатели физико-механических свойств и безопасности. Представителями этих пластмасс являются ацетилцеллюлоза, целлулоид, асфальтопековые пластмассы.
Изделия из пластмасс можно классифицировать и по способам выработки, основными из которых являются литье под давлением, экструзия, каландрование, горячее прессование, пневматическое вакуумное формование, горячая штамповка. Большинство из перечисленных способов производства отличаются высокой технологичностью и применяются для производства изделий из термопластов. Способ горячего прессования применяют для выработки изделий из реактопластов, он не отличается высокой технологичностью, что способствует снижению их использования.
Вид украшения (декорирования) является ценообразующим фактором, поэтому возможно деление изделий из пластмасс и по этому признаку. Основными видами декорирования являются: окраска в массе – получение равномерного цвета (равномерная); поверхностная – краситель наносится на поверхностный слой изделия; имитационная – окраска может имитировать цвет и рисунок других материалов (дерева, камня, металла и т. п.); рисунки от формы (конгрев) – рельефы формы переносятся на изделие, примером такого украшения является “украшение под хрусталь” (имитирующее алмазную грань); вкладывание, заливка и запрессовка картинок; печать: флексографическая – рисунок простой одноцветный; типографская – рисунок сложный, многоцветный, может иметь переходы тонов; шелкотрафаретная – рисунки многоцветные, но не отличаются сложностью; тампопечать – напоминает многоцветный трафарет, возможно наложение цветов; деколь – различают обычную и термодеколь (имеет большую устойчивость к внешним воздействиям); металлизация – насыщение или покрытие металлами; тиснение – запрессовка в поверхность изделий металлической фольги и др.
Классификация хозяйственных товаров из пластмасс по назначению является основной для формирования ассортимента, при этом следует различать учебную классификацию и классификацию в соответствии со стандартом.
В учебной классификации изделий из пластмасс хозяйственного назначения их подразделяют на посудохозяйственные изделия, изделия для ванной комнаты и туалета, изделия для сада и огорода, мебель и предметы интерьера жилых помещений. В стандартной классификации предусматривается 11 групп (рис. 2.1).
Внутри однотипных изделий возможно подразделение по конструктивным особенностям (изделия с крышкой и без, с ручкой и без и т. п.); по размерам (обычно указывается вместимость в литрах); по комплектности: одиночные и комплектные.
Ассортимент изделий с учетом рассмотренной стандартной классификации следующий.
Посуда: тарелки, миски, стаканы, чашки, кружки, блюдца, вазы, хлебницы, менажницы, сухарницы, сахарницы, супницы, конфетницы, масленки, рюмки, бокалы, фужеры, чайники для заварки и др.
Столовые приборы: ложки, вилки, ножи, соломки, щипцы для льда, лопатки и др.
Предметы сервировки стола: скатерти, салфетки, подставки, подстаканники, подносы, салфетницы, ведерки для льда, полоскательницы.
Рис. 2.1. Классификация посуды и хозяйственных товаров из пластмасс
Кухонные принадлежности: дуршлаги, стаканы и ложки мерные, доски разделочные, скалки, воронки, терки, сита, яйцерезки, шейкеры, миксеры ручные, соковыжималки, формы (для пельменей, печенья), шприцы кондитерские, судки, лотки, сушилки для посуды.
Изделия для хранения и переноса продуктов: канистры, фляги, бидоны, бочки, бутыли, ведра для воды, банки, емкости для хранения продуктов, крышки, пробки, мешки из полимерной пленки хозяйственные.
Изделия санитарно-гигиенического назначения: занавеси для ванной, коврики, решетки, рукомойники, щетки, тазы, ведра для мусора, вантузы, корзины, перчатки полимерные.
Предметы личной гигиены: мыльницы, мочалки, губки, щетки для купания, зубочистки, футляры, расчески, бигуди.
Изделия детского ассортимента: ванночки, горшки туалетные, стулья, столы, манежи, нагрудники, трусы, лыжи, санки, мячи, бутылочки для детского питания.
Предметы интерьера: полки, шкафчики, табуреты, вазы, кашпо, столики, стойки для комнатных растений, горшки, рамы, наборы для ванной комнаты.
Галантерейные изделия: сумки из полимерной пленки, накидки от дождя, фартуки, предметы для ухода за волосами, бижутерия, мундштуки, пепельницы.
Приспособления для развешивания одежды: вешалки, крючки, петельки-клипсы, сушилки, прищепки.
Источник
