Свойства пластических масс, их применение, экологический вред

СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ      

1 Использование пластических масс для производства игрушек и обуви

2 Свойства пластических масс

3 Состав пластических масс

4 Классификация пластических масс

5 Технические особенности получения полимеризационных смол

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ЗАКЛЮЧНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЯ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

ВВЕДЕНИЕ 

           Целью данной курсовой работы является исследование пластических масс, которые широко применяются в производстве обуви и мягких игрушек, а так же их экологическую безопасность для здоровья человека. Пластические массы (пластмассы, пластики), материалы на основе полимеров, которые при формовании изделий находятся в вязкотекучем состоянии, а при эксплуатации - в твердом. Подразделяются на термопласты и реактопласты. Термопласты, например полиэтилен, поливинилхлорид, способны обратимо размягчаться и формоваться в изделия при нагревании или под давлением. Реактопласты - неплавкие и нерастворимые пластические массы, необратимо образующиеся из смол синтетических в результате химической реакции (отверждение). Помимо полимера пластические массы могут содержать твердые или газообразные наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, пигменты и др. Эксплуатационные свойства пластических масс меняются в очень широких пределах. Пластические массы применяются в качестве конструкционного и строительного материалов, для изготовления посуды, декоративных изделий и др. Во многих случаях заменяют металлы, дерево и другие материалы. Мировое производство около 75 млн. т в год. 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 СВОЙСТВА ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС

     При характеристике пластических масс учитывают преимущественно физические, оптические, механические, термические, электрические и химические свойства, по которым можно судить о функциональной пригодности, износостойкости, надежности, эстетической ценности изделий из пластмасс и соответствии их санитарно-гигиеническим требованиям.

     Физические свойства. В зависимости от агрегатного состояния различают твердые и жидкие пластмассы.

     Твердые пластмассы используют для производства готовых изделий в виде жестких или каучук подобных материалов. Жидкие пластмассы применяют для получения полуфабрикатов (лакокрасочных товаров, смазочных масел, пропиток, цементных замазок и др.). В газообразное состояние полимеры не переходят, так как при дополнительном нагревании расплавленные полимеры разлагаются.

     Помимо агрегатного состояния, при характеристике физических свойств пластмасс учитывают плотность (объемную массу). Пластмассы — сравнительно легкие материалы. Объемная масса их колеблется в пределах 0,9—1,6 г/см, т. е. значительно ниже плотности металлов, стекла, керамики и других конструкционных, материалов. Объемная масса наполненных пластмасс зависит от вида и количества наполнителя. При газообразном наполнителе она составляет 0,1 — 0,01 г/см³, при минеральном—1,6—2,2 г/см'.

     Оптические свойства. К ним относится цвет, блеск, прозрачность и др. Они позволяют оценить внешний вид пластмасс, их отличительные признаки, декоративные возможности и эстетические достоинства изделий.

     Пластмассы отличаются высокими декоративными возможностями — чистым цветом, гладко и блестящей поверхностью, легкостью получения необходимой формы и имитации под другие материалы.

     Изделия из пластмасс могут быть бесцветны, а также окрашены в различные цвета, в том числе фантазийные (под мрамор, черепаху, перламутр и др.). Возможность получения изделий различного цвета определяется породой полимера, его химическими свойствами.

     Из полиметилметакрилата, полистирола, поликарбоната изготовляют ценные органические стекла, так как они бесцветны и обладают высокой прозрачностью.

     В отличие от силикатных стекол органические стекла из полиэтилена и полипропилена хорошо пропускают ультрафиолетовые лучи и могут быть использованы для остекления оранжерей, парников и других сооружений, а также приборов, аппаратов и бытовых изделий.

     По способности окрашиваться пластмассы можно разделить на три группы:

  легкоокрашиваемые практически в любой цвет — полиакрилаты, полистирол, целлулоид, апетоллоид, галалит, фенопласты, аминопласты;

  окрашиваемые специальными красителями с цветом невысокой интенсивности — полиэтилен, полипропилен, полиамиды, поливинилхлорид и др.;

  трудноокрашиваемые — фторопласт, лавсан и др. Фенопласты легко окрашиваются, однако изделия из них всегда темно-коричневого или черного цветов, так как фенопласты светлых тонов в результате окисления фенола на воздухе переходят в пятнистый красно-коричневый цвет.

     Механические свойства. Для использования пластмасс в бытовых изделиях, машинах и аппаратах необходимо хорошо знать механические свойства их — прочность, твердость, упругопластические свойства, хрупкость.

     Механические свойства пенаполненных пластмасс в значительной степени определяются структурой полимера, т. е. характером расположения и связи макромолекул. Различают полимеры аморфной и кристаллической структур. Аморфные полимеры характеризуются хаотическим расположением макромолекул или упорядоченностью близко расположенных друг к другу молекул. Длинные полимерные цепи аморфных полимеров могут располагаться параллельно, притягиваться силами межмолекулярного притяжения и образовывать простейшие надмолекулярные структуры (пачки, ленты).

     Кристаллические полимеры отличаются более упорядоченным расположением близких и дальних молекул. Упорядоченное расположение молекул на сравнительно дальнем расстоянии приводит к более плотной их упаковке, образованию новых надмолекулярных структур (пластин, кристаллов и др.), заметному повышению прочности и других механических свойств. Степень кристалличности полимера определяется условиями его образования и характером термической и механической обработки в процессе изготовления изделий и их эксплуатации.

     Полимеры линейного и разветвленного строения могут иметь аморфную и кристаллическую структуры. Отсутствие боковых ответвлений и регулярность строения молекул способствуют образованию кристаллических полимеров. Например, у полиэтилена высокого давления макромолекулы имеют боковые ответвления и поэтому не могут упаковываться так плотно, как у полиэтилена низкого давления. Полиэтилен низкого давления имеет более высокую степень кристалличности, ибо линейные цепи за счет сил межмолекулярного взаимодействия образуют более плотные, упорядоченные участки. Поэтому прочность у полиэтилена низкого давления выше, чем у полиэтилена высокого давления.

     При переработке в изделия полимеры нагревают. Связи между молекулами ослабляются, изменяется их взаимное расположение. Последующие технологические операции (прессование, вытягивание, прокатка и др.) заметно изменяют структуру полимера, вследствие чего изменяются механические свойства.

     Прочность пластмасс оценивают показателем предела прочности при растяжении, сжатии, изгибе. Для многих пластмасс характерно сочетание высокой прочности и легкости.

     Заметно повышается прочность пластмасс при введении волокнистых и слоистых наполнителей. Наиболее высокопрочными являются стеклопластики на основе стеклянных волокон или тканей. Сочетание высокой прочности, малой объемной массой и хорошей атмосферостойкостью обусловливает их широкое применение в авиационной и автомобильной промышленности, а также в судостроении (для винтов и корпусов), в машиностроении (для деталей, агрегатов), в строительстве и т. д.

     Твердость ненаполненных пластмасс определяется природой полимера, его структурой и температурными условиями эксплуатации. Твердость линейных полимеров обычно повышается с увеличением молекулярного веса и кристалличности, а сшитых — с увеличением числа поперечных связей. Твердость пластмасс устанавливают методом вдавливания стального шарика.

     Термопластичные полимеры при нагревании постепенно размягчаются, в результате чего твердость их снижается. Следовательно, важно знать температурный интервал, в пределах которого полимер сохраняет достаточную твердость и прочность.

     Сравнительно высокой твердостью обладают полимеризационные полимеры — полиформальдегид, винипласт, полиметилакрилат, полиамиды, поликарбонаты.

     Твердость наполненных пластмасс колеблется в широких пределах в зависимости от вида и количества наполнителя.

     Для пластмасс хапактеппо значительное изменение упругих, эластических и пластических свойств в зависимости от температуры испытания или эксплуатации.

Твердые аморфные полимеры (полистирол, полиметилакрилат, поликарбонат и др.) при комнатной температуре находятся в так называемом стеклообразном состоянии. Они твердые, сравнительно хрупкие и проявляют

в значительной степени упруго-пластические свойства. С повышением температуры эти полимеры переходят в высокоэластическое состояние. В таком состоянии при малых нагрузках они проявляют заметную эластическую деформацию. При дальнейшем нагревании (выше температуры текучести), полимеры переходят в вязко-текучее (жидкое) состояние с резко выраженными пластическими свойствами. Мягкие пластики (например, поливинилхлорид) при температуре 10—20°С гибкие, эластические, упругие и пластические свойства выражены незначительно. При температуре минус 15—20°С пластик переходит в стеклообразное состояние и становится хрупким.

     У кристаллических полимеров характер изменения упруго-эластических свойств несколько иной. Однако зависимость упруго-эластических свойств от условий эксплуатации существенна.

     Хрупкость пластмасс характеризуют показателем ударной вязкости,

т. е. стойкости пластмасс к ударам.

     Термические свойства. К этим свойствам пластмасс относят их теплостойкость, морозостойкость, огнестойкость (горючесть, температуру плавления, текучести, стеклования).

     Теплостойкость пластмасс выражают температурой начала изгибания стандартного бруска, закрепленного одним концом в горизонтальном положении под действием изгибающей силы (метод Мартенса), или температурой, при которой стандартная игла вдавливается в пластмассу под действием нагрузки (метод Вика). Эти показатели позволяют судить о температурном пределе эксплуатации (рабочей температуре) изделий из пластмасс, гак как при более высокой температуре изделия заметно теряют форму и жесткость.

     Недостаток полимеров состоит в том, что теплостойкость их сравнительно невысокая. Для большинства полимеризационных смол она равна 60—80°С и только для полипропилена и полиформальдегида — 100° С.

     Теплостойкость термореактивных пластмасс (реактопласты) 120—150°С.

     Наиболее высокую теплостойкость имеют фторопласты и кремнийорганические смолы (200—300° С).

     Выше отмечено: от условий получения полимеры могут образовывать структуру безличной степени упорядоченности, т. е. быть аморфными или кристаллическими.

     Переход полимеров из одного агрегатного состояния в другое характеризуют температурными точками (константами) — температурой плавления, стеклования и текучести.

     Переход кристаллических полимеров из твердого состояния в жидкое происходит в небольшом интервале температур и характеризуется температурой плавления. Твердые аморфные полимеры находятся в стеклообразном состоянии. При нагревании выше температуры стеклования (или разложения)  «Они переходят в высокоэластическое (каучукоподобное) состояние. При дальнейшем нагревании выше температуры, называемой температурой текучести ( Г,). полимер переходит в вязко-текучее (жидкое) состояние и может легко формоваться в нити, пленки, изделия.

     Аморфные полимеры переходят из одного агрегатного состояния в другое не сразу, а в определенном интервале температур.

     Для однозначной фиксации состояния температуры стеклования и текучести принимают начало резкого перехода из одного состояния в другое.

     Морозостойкость — нижний предел температуры, при которой полимер сохраняет свои физико-механические свойства. О морозостойкости мягких полимеров судят по температуре стеклования. Например, полипропилен и пластифицированный поливинилхлорид при комнатной температуре находятся в высокоэластическом состоянии.

     При температуре Минус 5—15^е С полипропилен теряет гибкость и эластичность, так как переходит в стеклообразное состояние. Низкая морозостойкость и у поливинилхлорида, бытовые изделия из которого при температуре ниже минус 20° С становятся жесткими и ломкими.

     Морозостойкость полиэтилена, фенопласта, полиамида, полиформальдегида сравнительно высокая — до минус 60° С.

     Электрические свойства. Полимеры и пластмассы на их основе широко используют как электроизоляционные материалы. Лучшими диэлектриками являются неполярные полимеры, т. е. не содержащие полярных групп (ОН, СООН, СК^? и др.). К ним относятся полиэтилен, политетрафторэтилен, поливинилхлорид и др. Они имеют высокое удельное электрическое сопротивление, электрическую прочность (пробивное напряжение) и другие показатели.