ов, материалов, которые под воздействием тепла размягчаются, а после охлаждения затвердевают в некоторых случаях до точки хрупкости; эти материалы можно неоднократно размягчать и возвращать в твердое состояние с помощью нагревания и последующего охлаждения.
Термопластичные материалы, например полистирол, поливинилхлорид (ПВХ), полиамид (нейлон), полипропилен, полиметилметакрилат (акриловые) и многие другие, можно сравнительно легко регенерировать и повторно использовать благодаря их способности к неоднократному размягчению и затвердеванию. Это свойство нельзя отнести к другой группе —термореактивным пластмассам.
Исходя из молекулярной структуры, в некоторых случаях молекулы (или мономеры) могут соединяться с другими молекулами не только в виде цепи, но и сетеобразно. (Для более наглядного объяснения объемные химические структуры представлены здесь в плоскостном изображении.)
Эта сеть образована за счет очень сильных связей между цепями, которые препятствуют скольжению цепей относительно друг друга и формируют материал, остающийся жестким при любых температурах (за исключением температур его распада) и, следовательно, не подверженный ползучести. В таких материалах молекулы очень близко расположены друг к другу, и даже растворитель не может проникнуть между цепями и вызвать рассеивание. Поэтому материалы эти в основном нерастворимы.
Материалы с поперечной связью принадлежат к группе термореактивных пластмасс. В начальной стадии они термопластичны, но в результате химической реакции (часто, но не всегда тепловой) возникают поперечные связи, которые образуют твердый материал, не поддающийся повторному размягчению.
Наиболее известные термопласты
1. Полиэтилен низкой плотности — материал, стойкий к воздействию воды и многих агрессивных химических веществ. Максимально допустимая температура эксплуатации +70° С. Он обычно бесцветен и полупрозрачен, но при введении пигментов можно получить материал различных цветов. Полиэтилен формуется, как правило, посредством экструзии или литья под давлением, а в виде пресс-порошков методом центробежного литья и конверсии может перерабатываться в легкий пенопласт.
2. Полиэтилен высокой плотности является кристаллической формой полиэтилена, который в три или четыре раза прочнее и тверже, точка размягчения на 40° С выше, и обладает большей прозрачностью. Методы переработки те же, что и у полиэтилена низкой плотности.
3. Полиэтилен с высокой молекулярной массой состоит из очень длинных цепей. Молекулярная масса достигает 4 млн. Его вязкость, прочность на истирание, ударная прочность делают его пригодным для использования при высоких нагрузках. Он легок и обладает отличной химической стойкостью.
| Таблица 3. Основные свойства пластмасс |
|---|
4. Полипропилен, так же как полиэтилен, принадлежит к семейству полиолефинов. Это одна из самых легких пластмасс с плотностью 0,9 г/см3. Поверхность тверже, чем у полиэтилена высокой плотности, но очень гладкая и вощеная на ощупь. Температура его размягчения на 30° С выше, чем у полиэтилена высокой плотности, но затвердевает он при температуре, которая значительно ниже соответствующей температуры полиэтилена. Обрабатывается полипропилен теми же способами, что и полиэтилен широко применяется литье под давлением.
5 Поливинилхлорид или ПВХ, возможно, самый многосторонним и самый дешевый из полимерных материалов. Его жестокость в границах — от эластичности резины до значительной твердости — зависит от количества добавляемого пластификатора (Пластификатор — вещество, которое может быть добавлено ко многим термопластичным материалам и которое действует как смазка между молекулярными цепями.)
Жесткий ПВХ применяется для изготовления санитарно-технических, водосточных труб и желобов, а также для навесных панелей. В пластифицированной форме он применяется для изготовления материалов для покрытия полов, отделки стен и т. д. Он прозрачен и может быть любого цвета.
В наши дни есть возможность получить из ПВХ изделие, часть которого может быть пластичной. Из жесткой разновидности этого материала производят за одну операцию оконные блоки с гибкой уплотняющей планкой.
Все разновидности ПВХ не поддерживают горения, но при нагревании имеют тенденцию к распаду. ПВХ размягчается при температуре около +75° С.
Соединения ПВХ специально предназначены для целого ряда применений и могут перерабатываться методами экструзии, пневмоформования (в особенности при производстве бутылок), вакуум-формования, литья под давлением, каландрирования, а в пастообразной форме методом нанесения на ткань (применяемую для пневматических и тентовых конструкций) и методом центробежного литья. Материалы на основе ПВХ находят применение во вспененном виде (пенопласты) как жесткие, так и эластичные. Поливинилхлорид с последующим хлорированием обладает повышенной теплостойкостью и может быть использован для производства труб для горячего водоснабжения.
6. Полистирол — твердый хрупкий материал, который отличается характерным звуком, если по нему постучать. Он кристально прозрачен и имеет широкую гамму цветов. Разработаны различные модификации материала, которые могут быть вязкими, средней ударной прочности и высокой ударной прочности.
У полистирола сравнительно низкая точка размягчения, по этому он очень широко применяется для литья под давлением, а также для экструзии, пневмоформования и вакуум-формования. При растяжении он образует вязкую пленку, которую применяют для упаковочных целей; из гранулированного полистирола изготовляют теплоизоляционные плиты, а методом экструзии — ячеистый пенополистирол.
7. Акриловые пластмассы. Наиболее известным из этой семьи полимеров является полиметилметакрилат1. Прозрачный, как стекло, окрашиваемый в различные цвета, он широко используется для устройства кровельных фонарей, световой рекламы, вывесок и осветительной арматуры. Материал чрезвычайно вязок и прозрачен, его светопропускаемость выше, чем у стекла, он обладает высокой погодостойкостью; размягчается при температуре свыше 80° С, но обладает низкой огнестойкостью.
1 Нашим архитекторам этот материал известен как органическое стекло (прим. науч. ред.).
Методы обработки полиметилметакрилата включают литье под давлением, экструзию и особенно вакуум-формование и пневмоформование из листового материала.
8. Полиамид или нейлон более известен в форме волокна. Нейлон является вязким материалом с хорошей износостойкостью и низким коэффициентом трения. Его можно применять при более высоких температурах, чем большинство других термопластов, и формовать из него изделия со стабильными размерами. (Скрытые напряжения могут возникнуть при растяжении и сжатии материала во время процесса формования. Эти напряжения остаются после отверждения материала и могут вызвать его последующую деформацию.) Существует много разновидностей нейлона, ведутся интенсивные разработки по различному его применению. В основном нейлон обрабатывается методами экструзии и литья под давлением.
9. Ацетилцеллюлоза — материал, напоминающий целлулоид, но обладает пониженной воспламеняемостью. Обычно применяется в виде листов, а также в виде жгутов и труб.
Из нее изготовляют упаковочные пленки, оправу для очков, светоосветительную арматуру и дверные приборы. Триацетат применяется для производства пленочных материалов и волокна.
10. Поливинилацетат (ПВА). Одна из самых старых виниловых пластмасс, ограничена в применении из-за очень низкой точки размягчения. Очень интенсивно применяется для изготовления эмульсионных красок2.
2 Кроме производства водоэмульсионных красок ПВА широко используется для изготовления других строительных материалов, например мастичных составов для покрытия полов, клеев и пр. (прим. науч. ред.).
11. Ацеталь сополимер. Химически инертен, стоек к длительному действию высоких температур. Используется в карбюраторах и других автомобильных частях, а также для производства водопроводных кранов и шаровых клапанов. Может заменить металл во многих случаях, когда требуется прочность и стойкость к высоким температурам. Перерабатывается методами экструзии, литья под давлением и пневмоформования. Бывает полупрозрачным и непрозрачным.
12. Политетрафторэтилен (ПТФЭ). Пресс-материал с очень широким температурным диапазоном, химически стоек, с коэффициентом трения (по политетрафторэтилену), равным коэффициенту трения мокрого льда. Полимер с высокой относительной массой формуется при температурах свыше 350°С. Применяется для покрытия домашней кухонной посуды.
13. Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС). Родственный полистиролу материал с высокой ударной прочностью, применяется в автомобильной промышленности для производства капотов, крышек багажника и кузовов автомобилей и помимо производимой из него в настоящее время арматуры трубопроводов может найти и другое применение в строительстве. Акрилонитрилбутадиенстирол с гальваническим покрытием (обычно хромовым) применяется для производства радиаторов машин, решеток и дверных ручек.
Цветовая палитра материала ограничена, погодостойкость только умеренная, но может быть улучшена за счет покрытия из поливинилфторида.
14. Поливинилфторид (ПВФ). Довольно дорогой по стоимости материал с высокой точкой размягчения, хорошей погодостойкостью, химической стойкостью, светостойкостью и прочностью на истирание. В основном применяется в качестве прозрачного покрытия панелей из стеклопластика, оболочек и листов для наружной отделки.
15. Поликарбонат. Прозрачный материал с легким янтарным оттенком, обладает высокими ударной прочностью, прочностью на разрыв и тягучестью. Может обрабатываться холодным способом как металл. Обладает стабильностью размеров, высокой точкой размягчения и практически не поддерживает горения ся). Стоимость сравнительно высока; может перемет одами литья под давлением, дутьевого формования. Высокая прочность позволяет применять его в качестве заменителя стекла.