100 знаменитых изобретений

При определенных условиях отдельные макромолекулы могут соединяться. Полимер, образованный из таких молекул, называется сшитым, сетчатым или трехмерным. Такой полимер уже не расплавляется при нагревании, а может только размягчаться.

Свойства полимеров такого типа меняются в зависимости от строения.

Редкосшитые полимеры более устойчивы к воздействию высокой температуры, чем линейные. Густосшитый полимер твердый, жесткий и неплавкий. Такие неплавкие полимеры получили название термореактивных, или реактопластов.

Однородные, водостойкие, устойчивые к разным видам нагрузок реактопласты получают, используя в качестве связующего вещества эпоксидные, полиэфирные, феноло-альдегидные или меламино-формальдегидные смолы, а в качестве наполнителя – синтетические волокна, ткани, бумагу из этих волокон. После окончания формования изделий из реактопласта полимерная фаза в них приобретает трехмерную структуру. Поэтому реактопласты имеют более высокие, чем термопласты, твердость, прочность, упругость. При этом их свойства не зависят от температуры.

Деление синтетических полимеров на термопласты и реактопласты обусловлено особенностями формования изделий из этих полимеров. Термопласты можно расплавить при нагревании, а из жидкого расплава формовать банки, коробки, волокна, трубы, листы, пленки. Одним из наиболее распространенных способов производства изделий из термопластов является литье под давлением.

При этом способе пластмасса нагревается в отдельной камере и после размягчения насосом под давлением подается в холодную пресс-форму. Пластмасса заполняет ее и, охлаждаясь, затвердевает.

Реактопласты из-за сетчатой структуры приходится перерабатывать горячим прессованием. При горячем прессовании смесь полимера с добавками засыпают в горячую пресс-форму, состоящую из неподвижной подставки, по форме которой сходной с формой прессуемых изделий, и подвижного поршня-пуансона. После загрузки смеси пресс-форму закрывают и начинают давить на смесь пуансоном. Нагреваясь, смесь становится пластичной и под давлением заполняет пресс-форму. Затем при нагревании и под действием повышенного давления (а иногда на воздухе при обычных температурах) протекает реакция сшивания макромолекул, которую часто называют отверждением. Таким образом, реактопласт образуется непосредственно в форме. Этот процесс может занимать от нескольких минут до многих часов.

Постепенно масса затвердевает, и изделие вынимают из прессформы.

Таким способом можно изготавливать детали любой формы. Помимо полимера в состав пластмасс могут входить различные добавки: наполнители, пластификаторы, красители.

Наполнители придают пластмассе прочность, термостойкость, высокое электрическое сопротивление. В качестве наполнителя используют волокна, ткани, опилки и другие материалы. Если в качестве наполнителя используют ткань, то такие пластмассы называют текстолитами. Ткань, выступая в роли каркаса, значительно повышает прочность пластмассы.

Применение наполнителей снижает стоимость пластмасс, поскольку они дешевле самого полимера.

Пластификаторы увеличивают пластичность материала и готовой пластмассы. Пластификатором обычно выступают молекулы низкомолекулярного органического вещества. Его молекулы внедряются между молекулами полимера, ослабляя связи между ними. Это позволяет формовать пластмассу при более низкой температуре.

С помощью добавок можно придать пластмассам необходимые свойства. Так, вводя в состав пластмасс вещества, которые при нагревании разлагаются с образованием газов, получают газонаполненные пластмассы – пенопласты и поропласты.

Газ внутри пенопластов образует замкнутые полости. В поропластах материал пронизан сообщающимися друг с другом сквозными порами. Газонаполненные пластмассы образуют целое семейство. Среди них есть жесткие, твердые, эластичные. Они прекрасные тепло– и звукоизоляторы. Удельный вес пено– и поропластов значительно ниже, чем у дерева и пробки.

В стеклопластиках используется для упрочнения стекло в виде волокон, жгутов, матов, коротких волоконец. Связующим полимером могут быть эпоксидные и полиэфирные смолы, полиамиды, полипропилен и другие.

Существуют пластмассы, в которых роль усиливающих элементов играют углеродные, борные волокна. Их называют углепластиками, боропластиками.

Пенопласты, стеклопластики, а также слоистые пластмассы называют собирательным термином – композиционные материалы.

В начале XX в. во всем мире производилось всего несколько тысяч тонн пластмасс – очень мало по сравнению с другими конструкционными материалами – металлами, деревом, цементом, стеклом.