Пластмассы, или полимерные материалы, представляют собой обширный класс веществ, которые можно разделить на две основные группы по их реакции на нагрев: термопласты и термореактивные пластмассы. Термопласты, такие как полиэтилен, полипропилен, полистирол и политетрафторэтилен (тефлон), при нагревании размягчаются и плавятся, а при охлаждении снова затвердевают. Этот процесс является обратимым и может повторяться многократно. Эти полимеры, состоящие в основном из углеводородов, обладают отличными диэлектрическими свойствами и высокой морозостойкостью. Часто их производят без наполнителей, но современные разработки включают использование армирующих добавок, таких как минеральные или синтетические волокна, для создания органопластов с улучшенными характеристиками. Важной проблемой для всех полимеров является старение — необратимое ухудшение свойств под воздействием света, тепла и кислорода. Для борьбы с этим, например, в полиэтилен добавляют специальные стабилизаторы и ингибиторы.
Основные виды термопластов
Полистирол — это твердый, жесткий и прозрачный материал с плотностью 1050-1080 кг/м³. Он выдерживает температуры до 90°C и обладает более высокими механическими свойствами по сравнению с полиэтиленом и полипропиленом.
АБС-пластики (акрилонитрил-бутадиен-стирольные сополимеры) являются модификацией полистирола. Они отличаются повышенной химической стойкостью, а также устойчивостью к воздействию света и тепла.
Политетрафторэтилен (фторопласт-4, тефлон) — уникальный материал с плотностью 1900-2200 кг/м³, работающий в экстремальном диапазоне температур от -269°C до +260°C. Он химически инертен, устойчив к кислотам, щелочам и растворителям, и является одним из лучших диэлектриков. Из него изготавливают трубы, арматуру, уплотнители и антифрикционные покрытия.
Полярные термопласты
К этой группе относятся материалы с более высокой химической активностью и иными свойствами. Сюда входят:
Органическое стекло (полиметилметакрилат) — прозрачный и легкий (плотность 1200 кг/м³) материал, который в два раза легче минерального стекла. Широко применяется в авиа- и автомобилестроении для триплексов, оптических линз и светотехники.
Поливинилхлорид (ПВХ) — аморфный полимер плотностью 1400 кг/м³, известный своей химической стойкостью. Его непластифицированная твердая форма называется винипластом, из которого производят прочные трубы, облицовочные плитки и защитные покрытия.
Термореактивные пластмассы
В отличие от термопластов, термореактивные полимеры (реактопласты) при нагреве сначала размягчаются, но затем в результате необратимых химических реакций (отверждения) окончательно затвердевают. В качестве связующих в них используются смолы: феноло-формальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические и другие. Эти материалы могут быть высокотемпературными, выдерживая до 370°C (кремнийорганические связующие). В зависимости от типа наполнителя их делят на:
- Порошковые: с наполнителями из древесной муки, кварца, графита.
- Волокнистые: армированные хлопковыми, асбестовыми или стеклянными волокнами.
- Слоистые: конструкционные материалы в виде листов и плит (гетинакс, текстолит, стеклотекстолит). Стеклопластики, например, работают при 200-400°C и используются в авиационной и ракетной технике.
Газонаполненные пластмассы
Это легкие материалы с ячеистой структурой, состоящей из полимерных стенок и газовых пор. Они обладают выдающимися тепло- и звукоизоляционными свойствами. Различают:
- Пенопласты (пено-полистирол, пенополиуретан) с изолированными ячейками и плотностью 20-300 кг/м³.
- Поропласты с открытыми порами, похожие на губку, плотностью 25-500 кг/м³.
- Сотопласты со структурой, напоминающей пчелиные соты.
Резины и каучуки
Резина — это эластичный материал, получаемый вулканизацией смеси каучука с серой и различными добавками. Ее ключевые свойства — высокая обратимая деформативность (удлинение до 1000%), износостойкость, водонепроницаемость и хорошие диэлектрические характеристики.
Основу резины составляют натуральный (НК) или синтетический каучук (СК). В состав резиновой смеси также входят:
- Вулканизирующие агенты (сера, селен) для формирования пространственной сетки.
- Противостарители (антиоксиданты) для замедления деградации.
- Мягчители (пластификаторы) для улучшения эластичности и морозостойкости.
- Наполнители: активные (сажа, оксид цинка для усиления) и неактивные (мел, тальк для снижения стоимости).
- Красители.
Резины общего назначения
Производятся на основе неполярных каучуков:
- Натуральный каучук (НК) дает резины с высокой эластичностью и прочностью, но становится хрупким ниже -70°C.
- Бутадиеновый каучук (СКБ) требует усиливающих наполнителей, имеет морозостойкость до -45°C.
- Бутадиен-стирольный каучук (СКС) — самый распространенный. Его свойства зависят от содержания стирола: СКС-30 прочнее, а СКС-10 более морозостоек (до -77°C).
- Изопреновый каучук (СКИ) по свойствам близок к натуральному.
Такие резины работают в воде, воздухе и слабоагрессивных средах.
Специальные резины
Разработаны для работы в экстремальных условиях:
- Маслобензостойкие: на основе хлоропренового каучука (наирит) и бутадиен-нитрильного каучука (БНКС). Устойчивы к топливам, маслам, температурам от -30°C до +130°C. Сюда же относятся акрилатные каучуки, стойкие к серосодержащим маслам.
- Теплостойкие: на основе кремнийорганических каучуков (СКТ). Рабочий диапазон от -60°C до +250°C, а специальные марки (СКТФВ) выдерживают до -100°C и радиацию. Некоторые составы с добавками бора и фосфора работают при 350-400°C.
- Светоозоностойкие: на основе фторкаучуков (СКФ) и этилен-пропиленовых каучуков (СКЭП). Обладают исключительной стойкостью к окислению, озону и сильным окислителям (азотная кислота, перекись водорода), что делает их идеальными для наружных уплотнений и шлангов.