Общие сведения о полимерах и пластмассах

Полимеры представляют собой высокомолекулярные со­единения (смолы), молекулы которых состоят из многократно повторяющихся структурных звеньев. По происхождению по­лимеры подразделяют на природные и искусственные (синте­тические).

Природные полимеры известны с давних времен. На протя­жении многих тысячелетий они обеспечивают человека пи­щей, одеждой, теплом, крышей. Вот перед нами дерево. Его древесина - не что иное, как природный полимер (высокомо­лекулярное соединение углерода, водорода и кислорода). То же самое относится к волокнам хлопка и джута, натуральному шелку и шерсти, каучуку и битуму. Природными полимерами являются белки, нуклеиновые кислоты и некоторые другие со­единения.

Искусственные полимеры, применяемые в производстве строительных материалов, получают из различных видов сырья (каменный уголь, нефтепродукты, природный газ и др.) путем его переработки на химических предприятиях методами полимеризации или поликонденсации.

При реакции полимеризации большое количество одинаковых молекул простых соединений (мономеров) соеди­няется в одну сложную молекулу (полимер) без выделения по­бочных продуктов. Полимеризацией получают полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен и другие синтетические поли­меры. Простейшим примером полимеризации является реак­ция образования полиэтилена (- СН₂ - СН₂ )п из мономера этилена СН₂СН₂.

При реакции поликонденсации из нескольких про­стых соединений образуется полимер, состав которого отлича­ется от состава исходных продуктов. Процесс образования по­лимера сопровождается выделением побочных веществ (вода, аммиак и др.). Поликонденсацией получают феноло-формальдегидные, карбамидные, полиамидные, полиэфирные и другие синтетические полимеры.

В зависимости от поведения полимеров при нагревании и охлаждении их разделяют на термопластичные и термореак­тивные.

Термопластичные полимеры характеризуются способностью размягчаться при нагревании и отвердевать при охлаждении. Они обладают большим электросопротивлением, малым водопоглощением и высокой химической стойкостью, однако имеют низкую теплостойкость, малую твердость, легко разбухают и растворяются в органических растворителях. К этой группе от­носится большинство полимеризационных полимеров.

Термореактивные полимеры затвердевают под воздействи­ем теплоты и давления и не размягчаются при повторном на­гревании. Они отличаются от термопластичных полимеров большей прочностью, теплостойкостью и твердостью. К этой группе относят феноло-формальдегидные, карбамидные, эпок­сидные и некоторые другие полимеры.

На основе искусственных и природных полимеров приго­тавливают пластические массы, характерной особенностью которых является способность в процессе переработки прини­мать заданную форму и устойчиво сохранять ее.

Пластическими массами называют материалы, в состав которых входят полимеры. Эти вещества придают пластиче­ским массам на определенной стадии их переработки пластич­ность, т.е. способность принимать требуемую форму и сохра­нять ее после снятия давления. Природные полимеры, а также синтетические полимеры, которые часто неправильно называ­ют смолами, являются основой пластических масс. Их приме­няют в сочетании с наполнителями, пластификаторами, краси­телями, стабилизаторами и некоторыми другими веществами.

В производстве пластических масс используют наполни­тели: порошкообразные (кварцевая мука и т.д.), волокнистые (асбестовые, древесные и стеклянные волокна) и слоистые (бу­мага, хлопчатая ткань, стеклоткань, древесный шпон). Они придают пластмассам высокую прочность, теплостойкость, кислотостойкость, долговечность, повышенную ударную вяз­кость. Наполнители намного дешевле полимеров, поэтому вве­дение их в состав пластических масс значительно снижает сто­имость материалов и изделий. Пластификаторы применяют для придания пластич­ности и улучшения формовочных свойств пластмасс. В качестве пластификаторов рекомендуются дибутилфталат, камфора, олеиновая кислота.

Отвердители вводят для сокращения времени отверде­ния пластмасс и ускорения технологического процесса произ­водства изделий.

Красители придают пластмассам определенные цвета. Красителями служат стойкие во времени и к действию света органические (нигрозин, хризодин) и минеральные (охра, су­рик, мумия, умбра и др.) пигменты.

Стабилизаторы тормозят старение пластмасс, повыша­ют долговечность пластмассовых изделий.

Смазывающими веществами являются химические добавки (стеарин, олеиновая кислота, соли жирных кислот), которые вводят в пластмассы для предупреждения прилипания изделий к стенкам формы в процессе их формования.

В составе пластмасс могут быть специальные добавки, влияющие на их свойства. Например, для получения яче­истых пластмасс к полимерам добавляют порофоры (порообразователи) - твердые, жидкие или газообразные вещества, вспенивающие пластмассу.

Истинная плотность пластмасс чаще всего находится в пре­делах 900... 1800 кг/м³, т.е. они в 2 раза легче алюминия и в 5-6 раз легче стали. Средняя плотность пластмасс колеблется в широких пределах и составляет у пористых 15...30 кг/м³, у плотных 1800...2200 кг/м³.

Предел прочности при сжатии пластмасс с порошкообраз­ным наполнителем составляет 100... 150 МПа, у стекловолокнистых пластмасс достигает 400 МПа. Теплопроводность пластмасс равна 0, 2...0, 7 Вт/(м • °С), пористых (например, пено- и поропластов) - 0, 03...0, 04 Вт/(м ■ °С).