Пластичні маси

ПЛАСТИ́ЧНІ МА́СИ  — матеріали, основу яких складає синтетичний полімер, поєднаний з певними домішками (див. Полімерні матеріали). Часто П. м. формують із полімеру, що є в’язким, текучим або високоеластичним, і невеликої кількості (0,01–1,0 масової частки) цільових домішок (антиоксиданти, стабілізатори, антистатики, пороутворювачі, змащувачі). Можуть також додавати певну кількість функціональних компонентів (50–100 масової частки від вмісту полімеру-матриці) — наповнювачі, барвники, пігменти, пластифікатори. Наприкінці 20 — на початку 21 ст. дослідження в галузі хімії та фізики високомолекулярних сполук сприяли створенню низки оригінальних методів одержання полімерів та розробленню новітніх систем ініціаторів і каталізаторів. Унаслідок цього синтезовано сотні нових полімерів і виготовлено на їхній основі різноманітні П. м. з унікальними властивостями (удароміцні, радіаційно-, тепло-, пожежостійкі, наноматеріали та ін.).

У науковому напрямі «Хімія високомолекулярних сполук», на якому ґрунтується технологія П. м., розглядають механізми та кінетику отримання полімерів. Залежно від типу реакцій (полімеризація чи поліконденсація) одержують полімери різної будови: лінійні, розгалужені, сітчасті, трьохвимірні. Форма молекули полімеру обумовлена хімічною будовою вихідних компонентів реакції синтезу. Біфункціональні мономери або їхні суміші зазвичай утворюють полімери лінійної або розгалуженої будови. Якщо ж хоч один з мономерів має більше ніж дві функціональні групи, то формуються полімери сітчастої або просторової будови. До високомолекулярних сполук полімеризаційного типу належать поліетилен, полістирол, поліпропілен, поліаміди та ін.; до поліконденсаційного типу полімерів — поліепоксиди, поліаміди, поліетери, поліуретани, поліметилен мочевини, поліметиленфеноли та ін.

Залежно від процесів, що протікають під час формування виробів при підвищених температурах, П. м. поділяють на термопластичні та термореактивні. Термопластичні маси здатні до пластичної течії при підвищеній температурі, а при охолодженні твердіють, зберігаючи задану форму виробу. Цикл таких переходів у в’язкотекучий стан може повторюватися багато разів. Термореактивні полімери та П. м. на їх основі при формуванні з них виробів проходять через стадію пластичної течії, при цьому відбувається структурування маси, тобто протікають хімічні реакції з утворення трьохвимірної структури (твердіння), і вона незворотньо переходить в неплавкий стан. Такий неплавкий і нерозчинний матеріал не здатний до повторного переходу у в’язкотекучий стан.

П. м. можуть бути одно- (гомогенними) або багатофазними (гетерогенними) системами. У гомогенних системах характеристики композиції зумовлені властивостями полімеру, що є у складі П. м., домішки суттєвого впливу на них не мають; у гетерогенних системах, навпаки, полімер виконує роль матриці (зв’язуючого), в якій дисперговані інші компоненти — наповнювач, пластифікатор, барвник, що складають самостійну фазу. Властивості таких П. м. залежать від адгезії на межі розподілу матриця — наповнювач, рівномірності розподілу наповнювача, адсорбції, хімічної взаємодії полімеру–матриці з поверхнею наповнювача та ін. Кількість наповнювача в П. м. може складати 50–100 масової частки на 100 масових часток полімеру (наприклад, у складних композиціях на основі феноло-формальдегідних, амідо-формальдегідних олігомерів), а кількість пластифікатору може досягати 50–70 масової частки (композиції із полівінілхлориду). В обох випадках вплив і наповнювача, і пластифікатора на технологічні та експлуатаційні властивості П. м. настільки значний, що їх уже не можна вважати допоміжними компонентами. Цінними є наповнювачі, здатні впливати на механічну міцність П. м. Це призвело до поділу їх на ті, що мають ефект підсилення (армуючі), і ті, у яких він відсутній (інертні). Водночас наповнювачі здатні ефективно впливати на інші важливі характеристики — зменшення горючості, усадження, посилення фрикційних чи антифрикційних, електричних, теплофізичних та інших властивостей П. м.

Наповнювач у П. м. може бути в газовій (пінопласти, поропласти) або конденсованій фазі та певним чином впливати на кінцеві властивості полімерного матеріалу. Наприклад, у пінопластах газові бульбашки ізольовані одна від одної плівкою зв’язуючого, тому такі матеріали мають високі електро-, тепло-, звукоізоляційні властивості, в іншому випадку низькомодульні часточки еластомеру (каучуку) надають полімерному матеріалу підвищену стійкість до знакоперемінних і ударних навантажень, що перешкоджають розростанню мікротріщин у полімерній матриці (зокрема удароміцний полістирол, що містить часточки синтетичного латексу розміром 0,2–10 мкм).

Властивості П. м., що містять тверді наповнювачі, залежать як від вмісту та типу наповнювача, так і від розміру та форми частинок, адгезії на межі розподілу фаз та самого розподілу наповнювача в об’ємі полімеру й утворення «перехідного» міжфазного шару. Для полімерних матеріалів з наповнювачем малих розмірів, розподілених рівномірно в об’ємі матеріалу, характерна ізотропія властивостей, її максимуму досягають при такому рівні наповнення, що забезпечує адсорбцію всього об’єму полімеру поверхнею частинок. Наповнювачі з високим співвідношенням довжини до товщини (діаметру) частинок переважно вирізняються анізотропією властивостей полімерного матеріалу. Велике значення має й правильний вибір методу та технологічного режиму перероблення, зокрема з урахуванням структурних і фізико-хімічних особливостей П. м. Найбільш прогресивними методами перероблення термопластичних П. м. є лиття під тиском, екструзія, вакуумформування; термореактивних П. м. — пресування, лиття під тиском, екструзія. У процесі перероблення П. м. різними технологічними методами отримують як малі, так і великогабаритні вироби різного технічного призначення, профільні тапагонажні вироби, плівки тощо. Застосування відповідної технології перероблення обумовлене фізико-хімічними характеристиками полімерного матеріалу, формою виробу та його призначенням. Метод перероблення П. м. має бути доцільним, економічно обґрунтованим та забезпечити високу якість полімерного матеріалу з необхідними властивостями. Через високі фізико-механічні і експлуатаційні характеристики П. м. їх виробництво у світі щорічно зростає на 5–6 %. Також постійно розширюються галузі використання.

Завантажити статтю