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 вʼязким, 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 вʼязкотекучий 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 вʼязкотекучий 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 (звʼязуючого), 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 звʼязуючого, 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 обʼємі полімеру й утворе­н­ня «пере­хідного» між­фазного шару. Для полімерних матеріалів з наповнювачем малих роз­мірів, роз­поділених рівномірно в обʼємі матеріалу, характерна ізотропія властивостей, її максимуму досягають при такому рівні наповне­н­ня, що забезпечує адсорбцію всього обʼєму 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.