Технологія переробки полімерних та композиційних матеріалів

 

Пласти́чна ма́са (пластмаса) — штучно створені матеріали на основі синтетичних або природних полімерів.

За ДСТУ 2406-94: Пластична маса — матеріал, основою якого є полімер, що перебуває під час формування виробу у в'язкорідкому чи високоеластичному стані, а під час експлуатації — в склоподібному чи кристалічному стані[1]

Пластмаси формують при підвищеній температурі, у той час коли вони мають високу пластичність. Сировиною для отримання полімерів є нафта, природний газ, кам'яне вугілля,сланці.

Першу пластмасу було отримано англійським металургом і винахідником Александром Парксому 1855 році [2]. Паркс назвав її «паркезин» (потім стали називати целулоїд). Паркезин вперше було представлено на Всесвітній виставці в Лондоні у 1862 році. Розвиток пластмас почався з використання природних пластичних матеріалів (жувальної гумки, шелаку), далі продовжився використанням хімічно модифікованих природних матеріалів (гума, ебоніт, нітроцелюлоза,колаген, галаліт) і, накінець, перейшов до повністю синтетичних молекул (бакеліт, епоксидна смола, полівінілхлорид, поліетилен та ін.). Поширенню пластмас сприяють їх мала густина (0,85—1,8 г/см³), що значно зменшує масудеталей, висока корозійна стійкість та широкий діапазон інших властивостей. Добріантифрикційні характеристики багатьох пластмас дають можливість з успіхом застосовувати їх для виготовлення підшипників ковзання. Високий коефіцієнт тертя деяких пластмас дозволяє використовувати їх для гальмових пристроїв. Окремі пластмаси мають специфічні властивості: високі електроізоляційні та теплоізоляційні характеристики, велику прозорість, та ін.

Важливою перевагою пластмас є можливість їх переробки у вироби найпродуктивнішими способами з коефіцієнтом використання матеріалу 0,9-0,95 — литтям, видавлюванням тощо.

Предмети побуту, повністю або частково виготовлені з пластмаси

Водночас пластмасам притаманні і деякі недоліки: невисокі міцність, твердість імеханічна жорсткість, велике значеннякоефіцієнта лінійного термічного розширення (~15×10-5 К-1), значнаповзучість, особливо у термопластів, низька теплостійкість (більшість пластмас має робочу температуру не вищу, ніж 200 °C, і лише деякі можуть працювати при 300...400 °С), низька теплопровідність(в 500—600 разів менша, ніж у металів), схильність до старіння (втрата властивостей під впливом тепла, світла, води та інших факторів).

При старінні зменшується еластичність і міцність пластмас, збільшується їх механічна жорсткість і крихкість. Під еластичністю розуміють здатність матеріалу до великих зворотних деформацій. Цей термін за фізичним сенсом аналогічний пружності, але перший вживається для аморфних, а останній — для кристалічних тіл.

Твердість пластмас за методом Брінелля становить 30...200 МПа.

Більшість полімерів перебуває в аморфному (склоподібному) стані. Такі полімери називаютьсмолами. В пластмасах може бути присутньою певна кількість кристалічної фази, яка підвищуєміцність, жорсткість і теплостійкість полімера. У виробництві пластмас використовують в основному синтетичні смоли.

Крім полімерів пластмаси можуть містити наповнювачі, пластифікатори та спеціальні добавки, що надають пластмасі певних властивостей.

Наповнювачами (зміцнювальними компонентами) можуть бути органічні або неорганічні речовини у вигляді порошків (графіт, деревне або кварцове борошно), волокон (паперових,бавовняних, азбестових, скляних) або полотен чи аркушів (тканина, папір, деревний шпон). Наповнювачі підвищують міцність, зносостійкість, теплостійкість та інші властивості пластмас. Їх частка у пластмасі може досягати 40...80%.

Пластифікатори вводять для підвищення пластичності та еластичності пластмас (гліцерин, касторове або парафінове масло та ін.).

Добавками можуть бути:

- стабілізатори — речовини, які уповільнюють старіння (сажа, сірчані сполуки, феноли);

- мастильні матеріали — речовини, що усувають прилипання матеріалу до прес-форми, збільшують його текучість, зменшують тертя між частинками композиції (віск, стеарин,олеїнова кислота);

- барвники — речовини, що надають пластмасовим виробам декоративного вигляду (охра та ін.);

- каталізатори — речовини, що прискорюють твердіння пластмаси (уротропін, оксиди металів);

- антипірени — речовини, які зменшують горючість полімерів (наприклад, сполуки сурми);

- антистатики — речовини, які перешкоджають виникненню і накопиченню статичногоелектричного заряду у виробах з полімерних матеріалів;

- пороутворювачі — речовини, які розпадаються під час нагрівання, виділяючи гази, що спінюють смолу, внаслідок чого утворюється поро- та пінопласти з пористою структурою.

Залежно від властивостей смоли пластмаси поділяють на термопластичні, термореактивні та високоеластичні.

Термопласти

Термопластичні пластмаси (термопласти) — це пластмаси на основі термопластичних полімерів, що під час нагріву розм'якшуються, переходять у в'язко текучий стан, а при охолодженні тверднуть, і цей процес повторюється при повторному нагріванні. Тобто такі пластмаси допускають повторну переробку. Вони характеризуються невеликою усадкою (1...3%), зручні в переробці, не складні у виробництві тощо. Зазвичай їх робоча температура не перевищує 90 °C. Типовими представниками термопластів є наступні (список не вичерпний).

Поліетилен (ПЕ, PE — polyethylene) — полімеретилену, твердий, легкий і водостійкий матеріал, гарний діелектрик з високою морозостійкістю (до — 60 °C), стійкий проти агресивних середовищ. Застосовується для виготовлення кабелів, плівок, труб, ємкостей як технічного, так і побутового призначення тощо. Недоліки: низька гранична температура експлуатації, висока газопроникність і низька маслостійкість. За способом отримання поділяється на:

- поліетилен низької щільності (LDPE Low Density PE) або поліетилен високого тиску (ПЕВТ)[3], який отримують полімеризацією етилену у присутності кисню та ініціаторів (пероксидних сполук) при температурах 200...300 °C;

- поліетилен високої щільності (HDPE Hight Density PE) або поліетилен низького тиску (ПЕНТ)[4], який отримують полімеризацією на каталізаторах Циглера — Натта при 80 °C і тиску 0,3...0,5 МПА в суспензії або газовому середовищі;

- поліетилен середнього тиску (високої щільності) — ПЕСТ — отримують полімеризацією у присутності оксидів Co, Mo, V при 130...170 °C