какие свойства являются характерными для пластмасс
Пластмассы: виды, состав и свойства
Что такое пластмасса?
Компонентный состав
Исходя из структуры типового полимера, пластмассами называются химические вещества, образующиеся в результате устойчивого слияния нескольких органических групп.
Данный процес является более сложной версией дистилляции, которая используется для очистки воды. Если мы нагреем воду, она в конечном итоге превратится в пар, который мы можем собрать, охладить и снова конденсировать в высокоочищенную или «дистиллированную» воду. Аналогичным образом производится очистка и перегонка сырой нефти. Все те углеводороды, которые она содержит, имеют молекулы разного размера и веса, поэтому они кипят и конденсируются при разных температурах.
Сбор и дистилляция различных частей сырой нефти при разных температурах даёт набор относительно простых смесей углеводородов, называемых фракциями, которые затем используются для изготовления различных типов пластмасс.
Полученные таким образом углеводороды являются сырьём для проведения реакций полимеризации, в результате которых образуются полимеры. Некоторые полимеры получают путём скрепления углеводородных мономеров вместе. Такой процесс называется аддитивной полимеризацией. Другие образуются путем соединения двух небольших углеводородных цепей и удаления молекулы воды. В результате создаётся более крупная углеводородная цепь. А сам процесс известен как конденсационная полимеризация.
Поскольку эксплуатационные требования к пластмассам меняются, то часто приходится добавлять к основным углеводородам другие ингредиенты, чтобы получить полимер с точно правильными химическими и физическими свойствами. Эти дополнительные ингредиенты включают:
Классификация пластмасс
Выполняется в зависимости от способа их получения. Их четыре:
Классификация пластмасс может быть также выполнена в зависимости от состава исходных компонентов. Значительное количество пластиковых полимеров изготавливаются из смол, однако во большинстве случаев используют сырую нефть. Сырая нефть представляет собой сложную смесь тысяч соединений, и её необходимо перед применением предварительно переработать – перегнать на нефтеперерабатывающем заводе.
Более детальная классификация, которая учитывает свойства пластмасс, рассматривается далее.
Термопласты
К термопластичным пластикам относятся такие их виды, которые изменяют свою пластичность при нагреве или иной форме передачи тепловой энергии (например, солнечной). В термопластах длинные молекулы полимера соединены друг с другом очень слабыми связями, которые легко разрываются, когда мы его нагреваем, и быстро снова восстанавливаются, когда действие тепла прекращается.
Термопласты легко плавить и перерабатывать. Некоторые повседневные примеры, с которыми приходится сталкиваться, это:
Пенопласты получают исключительно полимеризацией исходного сырья.
Реактопласты
Реактопласты или термореактивные пластмассы обычно изготавливаются из полимерных цепей гораздо большего размера, чем термопласты. При первоначальном производстве они нагреваются или сжимаются, чтобы сформировать плотную, твёрдую структуру с сильными поперечными связями, связывающими каждую из этих длинных молекулярных цепей с её соседями. Этим они сильно отличаются от термопластов, где полимерные цепи связаны друг с другом только очень слабыми связями.
Невозможно просто нагреть термореактивные пластмассы, чтобы переделать или реформировать их. Как только они «затвердевают» (отверждаются) во время производства, они остаются такими как есть.
Термореактивные пластики используются реже. Наиболее яркими примерами таких материалов являются:
Эластомеры
Представляют собой эластичные материалы, состоящие из длинных цепочечных молекул полимеров, способных восстанавливать свою первоначальную форму после сильного растяжения. В нормальных условиях длинные молекулы, составляющие эластомерный материал, скручены нерегулярно. Однако с приложением усилия молекулы распрямляются в том направлении, в котором они тянутся. После высвобождения молекулы самопроизвольно возвращаются к своему обычному компактному беспорядочному расположению.
Полимерная молекула эластомера состоит из нескольких тысяч повторяющихся химических звеньев или мономеров, связанных ковалентными связями. Совокупность связанных звеньев часто называют «цепью», а атомы, между которыми происходит химическая связь, составляют «основу» цепи.
Механические свойства
Состав пластмасс во многом определяет их свойства, среди которых:
Такие свойства могут быть исследованы и сравниваться между различными продуктами с использованием стандартизованных методов испытаний.
Другие свойства материала
Значения эксплуатационных параметров пластмасс указываются в технических требованиях на их производство.
Сварка пластмасс
Используется для неразъёмного соединенияя двух или более отдельных частей термопластичных материалов. Обычно к краям прикладывают тепло, чтобы расплавить края пластика до тех пор, пока кромки не будут соединены вместе.
Сварка пластика выполняется в три этапа: подготовка поверхности, применение тепла и давление и охлаждение.
Сваривать можно многие пластмассы, среди которых:
Сварка пластмасс. используется не только для соединения деталей, но и для их ремонта (например, заделка трещин).
Особенности маркировки
Выполняется согласно техническим требованиям соответствующих ГОСТ, ТУ а также DIN EN (для продукции импортного производства).
Сферы применения пластмасс
Пластмассы используют в строительстве, производстве одежды, упаковке, транспортировке и во многих других сферах повседневной жизни. Так, в зданиях пластик применяется при вторичном остеклении крыш, в составе тепло- и звукоизолирующих конструкций в составе многих типов красок. Электрические кабели изолируются пластиком, пластмассы применяют и для изготовления водосточных систем.
Общая характеристика пластмасс. Свойства пластмасс
Пластмассы – это синтетические материалы, получаемые на основе органических и элементоорганических полимеров. Свойства пластмасс определяются свойствами полимеров, составляющих их основу.
Пластмассы состоят из нескольких компонентов: связующего вещества, наполнителя, пластификатора и др. Обязательным компонентом является связующее вещество. Такие простые пластмассы, как полиэтилен, вообще состоят из одного связующего вещества.
Наполнителями служат твердые материалы органического и неорганического происхождения. Они придают пластмассам прочность, твердость, теплостойкость, а также некоторые специальные свойства, например антифрикционные или, наоборот, фрикционные. Кроме того, наполнители снимают усадку при прессовании.
Пластификаторы представляют собой нелетучие жидкости с низкой температурой замерзания. Растворяясь в полимере, пластификаторы повышают его способность к пластической деформации. Их вводят для расширения температурной области высокоэластического состояния, снижения жесткости пластмасс и температуры хрупкости.
В качестве пластификатора применяют сложные эфиры, низкомолекулярные полимеры и др. Пластификаторы должны оставаться стабильными в условиях эксплуатации. Их наличие улучшает морозостойкость и огнестойкость пластмасс.
В состав пластмасс могут также входить стабилизаторы, отвердители, красители и другие вещества.
Стабилизаторы вводят в пластмассы для повышения долговечности. Светостабилизаторы предотвращают фотоокисление, а антиокислители – термоокислительные реакции.
Отвердители изменяют структуру полимеров, влияя на свойства пластмасс. Чаще используют отвердители, ускоряющие полимеризацию. К ним относятся оксиды некоторых металлов, уротропин и др.
Специальные химические добавки вводят с различными целями; например, сильные органические яды – фунгициды – для предохранения пластмасс от плесени и поедания насекомыми в условиях тропиков.
Смазывающие вещества (стеарин, олеиновая кислота) применяют для предотвращения прилипания пластмассы к оборудованию при производстве и эксплуатации изделий.
Красители и пигменты придают желаемую окраску пластмассам.
Для пластмасс характерны следующие свойства:
Недостатком большинства пластмасс является их невысокая теплостой-кость (до 100 – 120°С). В настоящее время верхний температурный предел для некоторых видов поднялся до 300 – 400 о С. Пластмассы могут работать при умеренно низких температурах (до –70°С), а в отдельных случаях – при криогенных температурах. Недостатками пластмасс также являются их низкая твердость, склонность к старению, ползучесть, нестойкость к большим статическим и динамическим нагрузкам. Однако положительные свойства значительно превосходят их недостатки, что обусловливает высокие темпы роста ежегодного производства пластмасс.
По характеру связующего вещества пластмассы подразделяются на термопластичные (термопласты), получаемые на основе термопластичных полимеров, и термореактивные (реактопласты), т. е. неразмягчающиеся.
По применению электротехнические пластмассы делят:
· на конструкционные (для изготовления корпусов приборов, ручек управления и других деталей);
· электроизоляционные (для каркасов катушек, панелей, плат и пр.);
· специальные (магнитодиэлектрики, электропроводные и др.).
Разного рода электронику и электротехнику выпускают с применением пластмассовых изделий: телевизоры, холодильники, стиральные машины и кондиционеры, офисную технику, а также осветительные приборы, телефонные аппараты и компоненты электротехники, такие, как полупроводники, резисторы, батареи, провода, кабели. Изделия из пластмассы применяют в производстве радиоприемников, измерительного оборудования. Производство переносных ламп и торшеров, жалюзей и тентов не обходится без полимеров.
Состав и свойства пластмасс
Пластмассы получают обычно из связующего вещества и наполнителя, вводя в состав исходной массы те или иные специальные добавки-пластификаторы, отвердители, стабилизаторы и красители.
Связующим веществом в пластмассах служат различные полимеры – синтетические смолы и каучуки, производные целлюлозы. Выбор связующего вещества в значительной мере определяет технические свойства изделий из пластмасс: их теплостойкость, способность сопротивляться воздействию растворов кислот, щелочей и других агрессивных веществ, а также характеристика прочности и деформативности. Связующее вещество – это обычно самый дорогой компонент пластмассы.
Для производства полимеров имеются огромные запасы сырья. Исходными материалами для их получения являются природный газ и так называемый «попутный» газ, сопровождающий выходы нефти. В газообразных продуктах переработки нефти содержится этилен, пропилен и другие газы, перерабатываемые на предприятиях в полимеры.
Сырьем для полимеров служит также каменноугольный деготь, получаемый при коксовании угля и содержащий фенол и другие компоненты.
В производстве синте5тических материалов применяют также азот и кислород, получаемые из воздуха, воду и ряд других широко распространенных веществ.
Наполнители представляют собой разнообразные неорганические и органические порошки и волокна. В виде наполнителей слоистых пластмасс порошки и волокна. В форме наполнителей слоистых пластмасс широко используют также бумагу, ткани, древесный шпон и другие листовые материалы. Наполнители существенно уменьшают потребность в дорогом полимере и тем самым намного удешевляют изделия из пластмасс. Кроме того, наполнители улучшают ряд свойств изделий – повышают теплостойкость, а волокна ткани и листовой материалы сильно повышают сопротивление растяжению и изгибу, действуя подобно арматуре в железобетоне.
Пластификаторы – это вещества, добавляемые к полимеру для повышения его высокой эластичности и уменьшения хрупкости. В виде пластификаторов могут использоваться некоторые низкомолекулярные высококипящие жидкости. Молекулы жидкости, проникая между звеньями цепей полимера, увеличивают расстояние и ослабляют связи между ними. Это и приводит к уменьшению вязкости полимера.
При изготовлении пластмасс в их состав добавляют и другие добавки. Вещества, являющиеся инициаторами реакции полимеризации, убыстряют процесс отверждения пластмасс и их поэтому называют отвердителями. Добавки стабилизаторы способствуют сохранению структуры и свойства пластмасс во времени, предотвращая их раннее старение при воздействии солнечного света, кислорода воздуха, нагрева и других неблагоприятных влияний.
В качестве красителей пластмасс применяют как органические (нигрозин, хризоидин и др.), так и минеральные пигменты – охру, мумие, сурик, ультрамарин, белила и др.
Для производства пористых пластических масс в полимеры вводят специальные вещества – порообразователи (порофоры), обеспечивающие создание в материале пор.
Положительным свойством пластмасс является то, то возможно получить некоторые материалы с высокими показателями, например:
— малая плотность в пределах от 20 до 2200 кг/м3;
— высокие прочностные характеристики – у текстолита предел прочности при разрыв5е достигает 150 МПа, у древопластиков равен 350 МПа. Пределы прочности при сжатии этих материалов также достаточно высоки, например, у древопластиков порядка 200 МПа, у СВАМа (стекловолокнистый анизотропный материал) – 420 МПа. Пластмассы с наполнителями (как порошкообразными, так и волокнистыми) имеют предел прочности при сжатии в пределах от 120 до 160 МПа;
— низкая теплопроводность. Самые легкие пористые пластмассы имеют показатель теплопроводности всего лишь 0,03 Вт/(м*°C), т.е. близкий к теплопроводности воздуха;
— высокая химическая стойкость;
— высокая устойчивость к коррозионным воздействиям;
— способность окрашиваться в различные цвета;
— малая истираемость некоторых пластмасс. В связи с этим в первую очередь эти пластмассы целесообразно внедрять как материалы для покрытия полов;
— прозрачность пластмасс. Органические стекла пропускают менее 1% ультрафиолетовых лучей, тогда как обычные – более 70%; они легко окрашиваются в различные цвета. Так, стекло из полистирола имеет плотность 1060 кг/м3, тогда как обычное оконное стекло – 2500 кг/м3;
— технологическая легкость обработки (пиление, сверление, фрезерование строгание, обточка и др.), позволяющая придавать изделиям из пластмасс разнообразные формы. Пластмассовые конструкции и изделия поддаются склеиванию как между собой, так и с другими материалами (например, с металлом, деревом и др.). Поэтому из пластмасс можно изготовлять различные комбинированные клееные строительные изделия и конструкции;
— относительная легкость сварки материалов из пластмасс (например, труб в струе горячего воздуха) позволяет механизировать работы по монтажу пластмассовых трубопроводов;
— способность некоторых пластмасс образовывать тонкие пленки в сочетании с их высокой адгезией к ряду материалов, вследствие чего такие пластмассы незаменимы как сырье для производства строительных лаков и красок;
— наличие в стране обширной сырьевой базы для производства полимеров (природные газы, газы нефтепереработки).
Вместе с тем пластмассы имею ряд недостатков. К отрицательным свойствам большинства пластических масс нужно прежде всего отнести их низкую теплостойкость (от +70 до +200°C). Пластические массы имеют малую поверхностную твердость. Значительным недостатком пластмасс является высокий коэффициент термического расширения. Это необходимо учитывать при проектировании строительных конструкций, особенно крупноразмерных (например, трубопроводов).
Не могут быть игнорированы и другие отрицательные строительные свойства пластмасс – их повышенная ползучесть, особенно заметная при повышении температурного режима, а также некоторых из них обладают горючестью с выделением вредных газов и токсичностью при эксплуатации.
К недостаточно изученным свойствам пластмасс следует отнести сроки из службы. Между тем вопросы долговечности материалов, изменяемости их свойств во времени в значительной мере определяют их применения в строительстве.
Общая характеристика пластмасс. Свойства пластмасс
Пластмассы – это синтетические материалы, получаемые на основе органических и элементоорганических полимеров. Свойства пластмасс определяются свойствами полимеров, составляющих их основу.
Пластмассы состоят из нескольких компонентов: связующего вещества, наполнителя, пластификатора и др. Обязательным компонентом является связующее вещество. Такие простые пластмассы, как полиэтилен, вообще состоят из одного связующего вещества.
Наполнителями служат твердые материалы органического и неорганического происхождения. Они придают пластмассам прочность, твердость, теплостойкость, а также некоторые специальные свойства, например антифрикционные или, наоборот, фрикционные. Кроме того, наполнители снимают усадку при прессовании.
Пластификаторы представляют собой нелетучие жидкости с низкой температурой замерзания. Растворяясь в полимере, пластификаторы повышают его способность к пластической деформации. Их вводят для расширения температурной области высокоэластического состояния, снижения жесткости пластмасс и температуры хрупкости.
В качестве пластификатора применяют сложные эфиры, низкомолекулярные полимеры и др. Пластификаторы должны оставаться стабильными в условиях эксплуатации. Их наличие улучшает морозостойкость и огнестойкость пластмасс.
В состав пластмасс могут также входить стабилизаторы, отвердители, красители и другие вещества.
Стабилизаторы вводят в пластмассы для повышения долговечности. Светостабилизаторы предотвращают фотоокисление, а антиокислители – термоокислительные реакции.
Отвердители изменяют структуру полимеров, влияя на свойства пластмасс. Чаще используют отвердители, ускоряющие полимеризацию. К ним относятся оксиды некоторых металлов, уротропин и др.
Специальные химические добавки вводят с различными целями; например, сильные органические яды – фунгициды – для предохранения пластмасс от плесени и поедания насекомыми в условиях тропиков.
Смазывающие вещества (стеарин, олеиновая кислота) применяют для предотвращения прилипания пластмассы к оборудованию при производстве и эксплуатации изделий.
Красители и пигменты придают желаемую окраску пластмассам.
Для пластмасс характерны следующие свойства:
Недостатком большинства пластмасс является их невысокая теплостой-кость (до 100 – 120°С). В настоящее время верхний температурный предел для некоторых видов поднялся до 300 – 400 о С. Пластмассы могут работать при умеренно низких температурах (до –70°С), а в отдельных случаях – при криогенных температурах. Недостатками пластмасс также являются их низкая твердость, склонность к старению, ползучесть, нестойкость к большим статическим и динамическим нагрузкам. Однако положительные свойства значительно превосходят их недостатки, что обусловливает высокие темпы роста ежегодного производства пластмасс.
По характеру связующего вещества пластмассы подразделяются на термопластичные (термопласты), получаемые на основе термопластичных полимеров, и термореактивные (реактопласты), т. е. неразмягчающиеся.
Виды и свойства пластмасс. Определение типа пластика
В современных автомобилях доля пластмассовых деталей постоянно растет, а значит растет и количество ремонтов на пластмассовых поверхностях.
Во многом окраска пластмасс отличается от окраски металлических поверхностей, что обусловлено, в первую очередь, самими свойствами пластмасс: они более эластичны и имеют меньшую адгезию к ЛКМ. А поскольку разнообразие пластмасс, применяемых в автомобилестроении, очень широко, то не будь каких-нибудь универсальных ремонтных материалов, обеспечивающих создание качественного ЛКП на большинстве из их типов, нам бы, наверное, пришлось с головой погружаться в изучение молекулярной химии полимеров.
К счастью, делать этого не придется: на практике ремонт пластмасс окажется значительно проще. Но все же некоторая информация о типах пластмасс и их свойствах нам пригодится.
Пластмассы — в массы
В XX веке человечество пережило синтетическую революцию, в его жизни появились новые материалы — пластмассы. Пластмассу можно смело отнести к одному из главных открытий человечества. Без изобретения этого материала многих других открытий получить бы не удалось или удалось бы намного позже.
Александр Паркс. Изобретатель пластмассы
Первая пластмасса была изобретена в 1855 году британским металлургом и изобретателем Александром Парксом. Когда он решил найти дешевый заменитель дорогостоящей слоновой кости, из которой в то время делались бильярдные шары, он и представить себе не мог, какое важное открытие ему удалось совершить.
Ингредиентами первой пластмассы стала нитроцеллюлоза, спирт и камфора. Смесь этих компонентов прогревалась до текучего состояния, а затем заливалась в форму и застывала при нормальной температуре. Так был изобретен родоначальник современных пластмасс — паркезин.
От природных материалов к полностью синтетическим развитие пластмасс пришло позже — когда профессор Фрейбургского университета немец Герман Штаудингер открыл макромолекулу — тот «кирпичик», из которого строятся все синтетические органические материалы, да и природные тоже. Это открытие принесло в 1953 году профессору Штаудингеру Нобелевскую премию.
С тех-то пор все и началось… Чуть ли не каждый год из химических лабораторий начали сообщать об открытии очередного синтетического материала с невиданными ранее свойствами, и сегодня в мире ежегодно производятся миллионы тонн всевозможных пластмасс, без которых жизнь современного человека и представить себе нельзя.
Пластмассы применяются везде, где только можно: в обеспечении комфортного быта людей, сельском хозяйстве, во всех сферах промышленности. Не стало исключением и автомобилестроение. Здесь пластик применяется все шире, стремительно смещая с позиций своего главного технологического конкурента — металл.
По сравнению с металлами пластмассы — очень молодые материалы. Их история не насчитывает и 200 лет, в то время как железо, олово и свинец были знакомы человеку еще в глубокой древности — за 3000-4000 лет до н. э. Но несмотря на это, пластмасса во многом превосходит металл.
Преимущества пластмасс
Во-первых, пластик значительно легче металла. Это позволяет снизить общий вес автомобиля и сопротивление воздуха при движении, и тем самым — уменьшить расход топлива, а значит и снизить выброс выхлопных газов.
Общее снижение веса автомобиля на 100 кг за счет применения пластмассовых деталей позволяет экономить до одного литра топлива на 100 км.
Во-вторых, применение пластмасс дает колоссальные возможности для формообразования, позволяя изготавливать детали самых сложных и хитроумных форм и реализовывать любые дизайнерские идеи.
К преимуществам пластмасс также относятся их высокая коррозионная стойкость, устойчивость к атмосферным воздействиям, кислотам, щелочам и другим агрессивным химическим веществам, высокий коэффициент шумоподавления, отменные электро- и теплоизоляционные характеристики.
Так что неудивительно, почему пластмассы получили такое широкое распространение в автомобилестроении.
Предпринимались ли попытки создать полностью пластмассовый автомобиль? А как же! Вспомните легендарный «Трабант», выпускавшийся в Германии более 40 лет назад. Кузов этого героя анекдотов был полностью изготовлен из слоистого пластика.
Для получения этого пластика использовалась поступавшая с текстильных фабрик хлопчатобумажная ткань. 65 слоев этой ткани, чередуясь со слоями размолотой крезолоформальдегидной смолы, спрессовывались в очень прочный материал толщиной 4 мм при давлении 40 атм. и температуре 160 °С в течение 10 мин.
Trabant. Самый популярный в мире автомобиль из пластика
Цельнопластмассовые кузова серийных авто разрабатываются и сейчас, многие кузова спортивных автомобилей полностью делают из пластика. Традиционно металлические детали (капоты, крылья) на многих автомобилях сейчас также меняют на пластиковые, например, у автомобилей Citroën, Renault, Peugeot и других.
Только если кузовные детали народного Трабанта вызывали скорее ироническую усмешку, то пластиковые элементы современных авто, обладающие высочайшей прочностью, антикоррозионной стойкостью и малым удельным весом, заставляют с уважением относиться к этому материалу.
Заканчивая разговор о преимуществах пластмасс нельзя обойти стороной тот факт, что большинство из них хорошо поддается окрашиванию, пускай и с некоторыми оговорками. Не будь у пластика такой возможности, вряд ли бы этот материал снискал столь высокую популярность.
Зачем красить пластик?
Необходимость покраски пластмасс продиктована с одной стороны эстетическими соображениями, а с другой — необходимостью защищать пластики. Ведь ничего вечного нет. Пластмасса хоть и не гниет, но в процессе эксплуатации и атмосферных воздействий она все равно повергается старению и деструкции. А нанесенный лакокрасочный слой защищает поверхность пластика от различных агрессивных воздействий и продлевает срок его службы.
На заводе покраска пластмассовых деталей трудностей не вызывает. Технологии здесь отлажены, да и речь в данном случае идет о покраске новых одинаковых деталей из одной и той же пластмассы. А вот в условиях мастерской маляры уже сталкиваются с проблемой, заключающейся в разнородности материалов различных деталей.
Вот здесь и приходится ответить себе на вопрос: «Что вообще такое пластмасса? Из чего ее делают, каковы ее свойства и основные виды?».
Что такое пластмасса?
В соответствии с отечественным государственным стандартом:
Пластмассами называются материалы, основной составной частью которых являются такие высокомолекулярные органические соединения, которые образуются в результате синтеза или же превращений природных продуктов. При переработке в определенных условиях они, как правило, проявляют пластичность и способность к формованию или
деформации.
Если из такого сложного определения убрать первое слово «пластмассами», можно даже и не догадаться, о чем вообще идет речь. Что ж, попробуем немного разобраться.
«Пластмассы» или «пластические массы» назвали так потому, что эти материалы способны при нагреве размягчаться, становиться пластичными, и тогда под давлением им можно придать определенную форму, которая при дальнейшем охлаждении и отверждении сохраняется.
Основу любой пластмассы составляет полимер (то самое «высокомолекулярное органическое соединение» из определения выше).
Слово «полимер» происходит от греческих слов «поли» («много») и «мерос» («части» или «звенья»). Это вещество, молекулы которого состоят из большого числа одинаковых, соединенных между собой звеньев. Эти звенья называют мономерами («моно» — один).
Так, например, выглядит мономер полипропилена, наиболее применяемого в автомобилестроении типа пластика:
Молекулярные цепи полимера состоят из практически бесчисленного числа таких кусочков, соединенных в одно целое.
Цепочки молекул полипропилена
По происхождению все полимеры делят на синтетические и природные. Природные полимеры составляют основу всех животных и растительных организмов. К ним относят полисахариды (целлюлоза, крахмал), белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук и другие вещества.
Хотя модифицированные природные полимеры и находят промышленное применение, большинство пластмасс являются синтетическими.
Синтетические полимеры получают в процессе химического синтеза из соответствующих мономеров.
В качестве исходного сырья обычно применяются нефть, природный газ или уголь. В результате химической реакции полимеризации (или поликонденсации) множество «маленьких» мономеров исходного вещества соединяются между собой, будто бусины на ниточке, в «огромные» молекулы полимера, который затем формуют, отливают, прессуют или прядут в готовое изделие.
Так, например, из горючего газа пропилена получают пластик полипропилен, из которого делают бамперы:
Теперь вы наверное догадались, откуда берутся названия пластмасс. К названию мономера добавляется приставка «поли-» («много»): этилен → полиэтилен, пропилен → полипропилен, винилхлорид → поливинилхлорид и т.д.
Международные краткие обозначения пластмасс являются аббревиатурами их химических наименований. Например, поливинилхлорид обозначают как PVC (Polyvinyl chloride), полиэтилен — PE (Polyethylene), полипропилен — PP (Polypropylene).
Кроме полимера (его еще называют связующим) в состав пластмасс могут входить различные наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители и другие вещества, обеспечивающие пластмассе те или иные свойства, такие как текучесть, пластичность, плотность, прочность, долговечность и т.д.
Виды пластмасс
Пластмассы классифицируют по разным критериям: химическому составу, жирности, жесткости. Но главным критерием, объясняющим природу полимера, является характер поведения пластика при нагревании. По этому признаку все пластики делятся на три основные группы:
Принадлежность к той или иной группе определяют форма, величина и расположение макромолекул, вместе с химическим составом.
Термопласты (термопластичные полимеры, пластомеры)
Термопласты — это пластмассы, которые при нагреве плавятся, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние.
Эти пластмассы состоят из линейных или слегка разветвленных молекулярных цепей. При невысоких температурах молекулы располагаются плотно друг возле друга и почти не двигаются, поэтому в этих условиях пластмасса твердая и хрупкая. При небольшом повышении температуры молекулы начинают двигаться, связь между ними ослабевает и пластмасса становится пластичной. Если нагревать пластмассу еще больше, межмолекулярные связи становятся еще слабее и молекулы начинают скользить относительно друг друга — материал переходит в эластичное, вязкотекучее состояние. При понижении температуры и охлаждении весь процесс идет в обратном порядке.
Если не допускать перегрева, при котором цепи молекул распадаются и материал разлагается, процесс нагревания и охлаждения можно повторять сколько угодно раз.
Эта особенность термопластов многократно размягчаться позволяет неоднократно перерабатывать эти пластмассы в те или иные изделия. То есть теоретически, из нескольких тысяч стаканчиков из-под йогурта можно изготовить одно крыло. С точки зрения защиты окружающей среды это очень важно, поскольку последующая переработка или утилизация — большая проблема полимеров. Попав в почву, изделия из пластика разлагаются в течение 100–400 лет!
Кроме того, благодаря этим свойствам термопласты хорошо поддаются сварке и пайке. Трещины, изломы и деформации можно легко устранить посредством нагрева.
Большинство полимеров, применяемых в автомобилестроении, являются именно термопластами. Используются они для производства различных деталей интерьера и экстерьера автомобиля: панелей, каркасов, бамперов, решеток радиатора, корпусов фонарей и наружных зеркал, колпаков колес и т.д.
К термопластам относятся полипропилен (РР), поливинихлорид (PVC), сополимеры акрилонитрила, бутадиена и стирола (ABS), полистирол (PS), поливинилацетат (PVA), полиэтилен (РЕ), полиметилметакрилат (оргстекло) (РММА), полиамид (РА), поликарбонат (PC), полиоксиметилен (РОМ) и другие.
Реактопласты (термореактивные пластмассы, дуропласты)
Если для термопластов процесс размягчения и отверждения можно повторять многократно, то реактопласты после однократного нагревания (при формовании изделия) переходят в нерастворимое твердое состояние, и при повторном нагревании уже не размягчаются. Происходит необратимое отверждение.
В начальном состоянии реактопласты имеют линейную структуру макромолекул, но при нагревании во время производства формового изделия макромолекулы «сшиваются», создавая сетчатую пространственную структуру. Именно благодаря такой структуре тесно сцепленных, «сшитых» молекул, материал получается твердым и неэластичным, и теряет способность повторно переходить в вязкотекучее состояние.
Из-за этой особенности термореактивные пластмассы не могут подвергаться повторной переработке. Также их нельзя сваривать и формовать в нагретом состоянии — при перегреве молекулярные цепочки распадаются и материал разрушается.
Эти материалы являются достаточно термостойкими, поэтому их используют, например, для производства деталей картера в подкапотном пространстве. Из армированных (например стекловолокном) реактопластов производят крупногабаритные наружные кузовные детали (капоты, крылья, крышки багажников).
К группе реактопластов относятся материалы на основе фенол-формальдегидных (PF), карбамидо-формальдегидных (UF), эпоксидных (EP) и полиэфирных смол.
Эластомеры
Эластомеры, так же как и реактопласты, состоят из пространственно-сетчатых макромолекул. Только в отличие от реактопластов, макромолекулы эластомеров расположены более широко. Именно такое размещение обуславливает их упругие свойства.
В силу своего сетчатого строения эластомеры неплавки и нерастворимы, как и реактопласты, но набухают (реактопласты не набухают).
К группе эластомеров относятся различные каучуки, полиуретан и силиконы. В автомобилестроении их используют преимущественно для изготовления шин, уплотнителей, спойлеров и т.д.
В автомобилестроении используются все три типа пластиков. Также выпускаются смеси из всех трех видов полимеров — так называемые «бленды» (blends), свойства которых зависят от соотношения смеси и вида компонентов.
Определение типа пластика. Маркировка
Любой ремонт пластиковой детали должен начинаться с определения типа пластмассы, из которой изготовлена деталь. Если в прошлом это давалось не всегда просто, то сейчас «опознать» пластик легко — все детали, как правило, маркируются.
Обозначение типа пластмассы производители обычно выштамповывают с внутренней стороны детали, будь то бампер или крышка мобильного телефона. Тип пластика, как правило, заключен в своеобразные скобки и может выглядеть следующим образом: >PP/EPDM PUR 
Задание: снимите крышку своего мобильного телефона и посмотрите из какого типа пластмассы он изготовлен. Чаще всего это >PC 
Полипропилен — самый распространенный в автомобильной промышленности тип пластика. В большинстве случаев при ремонте мы будем иметь дело с его различными модификациями.
Полипропилен обладает массой преимуществ: низкой плотностью (0,90 г/см³ — наименьшее значение среди всех пластмасс), высокой механической прочностью, химической стойкостью (устойчив к разбавленным кислотам и большинству щелочей, моющим средствам, маслам, растворителям), термостойкостью (начинает размягчаться при 140°C, температура плавления 175°C). Он почти не подвергается коррозионному растрескиванию, обладает хорошей способностью к восстановлению. Кроме того, полипропилен является экологически чистым материалом.
Столь ценные свойства этого пластика дают повод считать его идеальным материалом для автомобилестроения. Благодаря достоинствам полипропилена его даже начали называть «королем пластмасс».
На основе полипропилена изготовлены практически все бампера, также этот материал используется при изготовлении спойлеров, деталей салона, приборных панелей, расширительных бачков, решеток радиатора, воздуховодов, корпусов и крышек аккумуляторных батарей и т.д.
Только при литье большинства этих деталей используется не чистый полипропилен, а его различные модификации.
«Чистый» немодифицированный полипропилен очень чувствителен к кислороду и ультрафиолетовому излучению, в процессе эксплуатации он быстро теряет свои свойства и становится хрупким. По той же причине нанесенное на чистый полипропилен отделочное покрытие не может обладать прочной и долговечной адгезией.
Введенные же в полипропилен добавки — часто в виде резины и талька — существенно улучшают его свойства и дают возможность его покраски.
Покраске поддается только модифицированный полипропилен. На «чистом» полипропилене адгезия будет очень слабой! Из чистого полипропилена >РР РР… PP/EPDM
ABS — эластичный, но в тоже время ударопрочный пластик. За эластичность отвечает составляющая каучука (бутадиена), за прочность — акрилонитрил. Этот пластик чувствителен к ультрафиолетовому излучению — под его воздействием пластик быстро стареет. Поэтому изделия из ABS нельзя долго держать на свету и нужно обязательно окрашивать.
Чаще всего используется для производства корпусов фонарей и наружных зеркал, решеток радиатора, облицовки приборной панели, обивки дверей, колпаков колес, задних спойлеров и т. п.
Поликарбонат — PC
Один из наиболее ударопрочных термопластов. Чтобы понять, насколько прочен поликарбонат, достаточно того факта, что это материал используется при изготовлении пуленепробиваемых банковских стоек.
Помимо прочности поликарбонаты отличаются легкостью, стойкостью к световому старению и перепадам температур, пожаробезопасностью (это трудно воспламеняющийся самозатухающий материал).
К сожалению, поликарбонаты чувствительны к воздействию растворителей и имеют тенденцию к растрескиванию под воздействием внутренних напряжений.
Не подходящие агрессивные растворители могут сильно ухудшать прочность этого пластика, поэтому при покраске деталей, где прочность имеет ключевое значение (например мотоциклетного шлема из поликарбоната) нужно быть очень внимательными и четко соблюдать рекомендации производителя, а в некоторых случаях даже принципиально отказаться от покраски. Зато спойлеры, решетки радиатора и панели бамперов из поликарбоната можно красить без проблем.
Полиамиды — PA
Полиамиды — жесткие, прочные и при этом эластичные материалы. Детали из полиамида выдерживают нагрузки, близкие к нагрузкам, допустимым для цветных металлов и сплавов. Полиамид обладает высокой стойкостью к износу, химической устойчивостью. Он почти невосприимчив к большинству органических растворителей.
Чаще всего полиамиды используют для изготовления съемных автомобильных колпаков, различных втулок и вкладышей, хомутов трубок, языков замка дверей и защелок.
Полиуретан — PU, PUR
Пока свое широкое распространение в производстве не получил полипропилен, самым популярным материалом для изготовления различных эластичных деталей автомобиля был полиуретан. Из него делали рулевые колеса, грязезащитные чехлы, покрытия для педалей, мягкие дверные ручки, спойлеры и т.д.
У многих этот тип пластика вызывает ассоциации с маркой Mercedes. До недавнего времени почти на всех моделях из полиуретана делали бамперы, боковые накладки дверц, порогов.
Для производства деталей из этого пластика требуется не такое сложное оборудование, как для полипропиленовых. Поэтому сегодня многие частные компании предпочитают работать именно с полиуретаном при изготовлении различных деталей для тюнинга автомобилей.
Стеклопластики — SMC, BMC, UP-GF
Стеклопластики — один из главных представителей семейства так называемых «армированных пластиков». Эти материалы изготавливаются на базе эпоксидных или полиэфирных смол (это реактопласты) со стеклотканью в качестве наполнителя.
Благодаря своим высоким физико-механическим характеристикам, а также стойкости к различным агрессивным воздействиям, стеклопластики получили широкое применение во многих сферах промышленности. Этот материал используется, например, в производстве кузовов американских минивэнов.
В процессе производства деталей из стеклопластика могут применяться технологии типа «сэндвич», когда детали состоят из нескольких слоев тех или иных материалов, каждый из которых отвечает определенным требованиям (прочности, химической стойкости, абразивоустойчивости).
Если тип пластика неизвестен
Вот к нам в руки попала пластиковая деталь, не имеющая на себе никакой маркировки. Но нам позарез нужно выяснить что это за материал, или хотя бы его тип — термопласт это или реактопласт.
Потому что, если речь идет, например, о сварке, то она возможна лишь с термопластами (для ремонта термореактивных пластмасс применяются клеевые композиции). Кроме того, свариваться могут только одноименные материалы, разнородные просто не будут взаимодействовать. В связи с этим появляется необходимость «опознать» неизвестный пластик, чтобы правильно подобрать ту же сварочную присадку.
Идентификация типа пластика — задача непростая. Анализ пластмасс производится в лабораториях по различным показателям: по спектрограмме сгорания, реакции на различные реактивы, запаху, температуре плавления и т.д.
Тем не менее, существует несколько простейших тестов, позволяющих определить приблизительный химический состав пластика и отнести его к тому или иному типу полимеров. Один из таких — анализ поведения образца пластика в открытом источнике огня.
Для теста нам понадобится проветриваемое помещение и зажигалка (или спички), с помощью которой нужно осторожно поджечь кусочек испытуемого материала. Если материал плавится, значит мы имеем дело с термопластом, если не плавится — перед нами реактопласт.
Теперь убираем пламя. Если пластик продолжает гореть, то это может быть ABS-пластик, полиэтилен, полипропилен, полистирол, оргстекло или полиуретан. Если гаснет — скорее всего это поливинилхлорид, поликарбонат или полиамид.
Далее анализируем цвет пламени и запах, образующийся при горении. Например, полипропилен горит ярким синеватым пламенем, а его дым имеет острый и сладковатый запах, похожий на запах сургуча или жженной резины. Слабым синеватым пламенем горит полиэтилен, а при затухании пламени чувствуется запах горящей свечи. Полистирол горит ярко, и при этом сильно коптит, а пахнет довольно приятно — у него сладковатый цветочный запах. Поливинилхлорид, наоборот, пахнет неприятно — хлором или соляной кислотой, а полиамид — горелой шерстью.
Кое-что о типе пластика может сказать и его внешний вид. Например, если на детали наблюдаются явные следы сварки, то она наверняка изготовлена из термопласта, а если имеются следы снятых наждаком заусенцев, значит это реактопласт.
Также можно провести тест на твердость: попробовать срезать небольшой кусочек пластмассы ножом или лезвием. С термопласта (он более мягкий) стружка будет сниматься, а вот реактопласт будет крошиться.
Или еще один способ: погружение пластика в воду. Этот метод позволяет довольно просто определить пластики, входящие в группу полиолефинов (полиэтилен, полипропилен и др.). Эти пластмассы будут плавать на поверхности воды, так как их плотность почти всегда меньше единицы. Другие пластики имеют плотность больше единицы, поэтому они будут тонуть.
Эти и другие признаки, по которым можно определить тип пластика, представлены ниже в виде таблицы.