ПЛАСТИ́ЧЕСКИЕ МА́ССЫ

ПЛАСТИ́ЧЕСКИЕ МА́ССЫ (пла­ст­мас­сы, пла­сти­ки), кон­ст­рук­ци­он­ные ма­те­риа­лы, ос­но­ву ко­то­рых со­став­ля­ют стек­ло­об­раз­ные или кри­стал­лич. по­ли­ме­ры, ко­то­рые при фор­мо­ва­нии из­де­лий на­хо­дят­ся пре­иму­ще­ст­вен­но в вяз­ко­те­ку­чем со­стоя­нии, ре­же в вы­со­ко­эла­сти­че­ском со­стоя­нии. П. м. под­раз­де­ля­ют на тер­мо­пла­сты и ре­ак­то­пла­сты: пер­вые за­твер­де­ва­ют за счёт ох­ла­ж­де­ния из­де­лия по­сле фор­мо­ва­ния и пе­ре­хо­да в стек­ло­образ­ное со­стоя­ние или кри­стал­лич. со­стоя­ние, вто­рые от­вер­жда­ют­ся в ре­зуль­та­те об­ра­зо­ва­ния сет­ки хи­мич. свя­зей при фор­мо­ва­нии с по­сле­дую­щим стек­ло­ва­ни­ем при ох­ла­ж­де­нии. По­это­му тер­мо­пла­сты при по­втор­ном на­грева­нии пе­рехо­дят в вяз­ко­те­ку­чее со­стоя­ние, а ре­ак­то­пла­сты от­вер­жда­ют­ся не­об­ра­ти­мо (тер­мо­ре­ак­тив­ные пла­ст­мас­сы).

По объ­ё­му про­из-ва вы­де­ля­ют круп­но-, сред­не- и ма­ло­тон­наж­ные П. м. Круп­но­тон­наж­ные П. м. (ми­ро­вой объ­ём про­из-ва – от не­сколь­ких мил­лио­нов до де­сят­ков мил­лио­нов т/год): тер­мо­пла­сты на ос­но­ве по­ли­эти­ле­на, по­ли­ви­нил­хло­ри­да, по­ли­про­пи­ле­на, по­ли­сти­ро­ла и его со­по­ли­ме­ров, а так­же ре­ак­то­пла­сты на ос­но­ве фе­но­ло-фор­маль­де­гид­ных смол, мо­че­ви­но-фор­маль­де­гид­ных смол, эпок­сид­ных смол, по­ли­эфир­ных смол. В бу­ду­щем ве­ро­ят­но вхо­ж­де­ние в чис­ло круп­но­тон­наж­ных П. м. по­ли­эти­лен­те­реф­та­ла­та и по­ли­кар­бо­на­тов.

По­ли­эти­лен вы­пус­ка­ет­ся низ­кой плот­но­сти (ПЭНП), вы­со­кой плот­но­сти (ПЭВП) и ли­ней­ный по­ли­эти­лен низ­кой плот­но­сти (ЛПЭНП). ПЭНП по­лу­ча­ют ра­ди­каль­ной по­ли­ме­ри­за­ци­ей, что при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию раз­ветв­лён­ных мо­ле­кул и низ­кой кри­стал­лич­но­сти (B 40%). ПЭВП по­лу­ча­ют с ма­лой раз­ветв­лён­но­стью и вы­со­кой кри­стал­лич­но­стью (70–80%). ЛПЭНП по­лу­ча­ют со­по­ли­ме­ри­за­ци­ей эти­ле­на с 0,2–0,3% (мо­ле­ку­ляр­ных) про­пи­ле­на, бу­ти­ле­на и др. Со­по­ли­ме­ри­за­ция сни­жа­ет кри­стал­лич­ность и де­ла­ет ЛПЭНП по свой­ст­вам близ­ким к ПЭНП. По­ли­про­пи­лен (ПП) и его блок­со­по­ли­ме­ры по­лу­ча­ют с кри­стал­лич­но­стью 70–75%. По­ли­ви­нил­хло­рид (эмуль­си­он­ный или сус­пен­зи­он­ный) в осн. аморф­ный со сте­пе­нью кри­стал­лич­но­сти 7–10%. При­ме­ня­ет­ся в ви­де ви­ни­пла­ста (жё­ст­кий ПВХ), пла­сти­ка­та (эла­стич­ный ПВХ с со­дер­жа­ни­ем до 50% пла­сти­фи­ка­то­ров – фта­ла­тов, се­ба­ци­на­тов, фос­фа­тов) с проч­но­стью 10–18 МПа, уд­ли­не­ни­ем 100–250%, а так­же в ви­де пла­сти­зо­лей – сус­пен­зий час­тиц эмуль­си­он­но­го ПВХ в пла­сти­фи­ка­то­рах. По­ли­сти­рол (ПС) по­лу­ча­ют ра­ди­каль­ной по­ли­ме­ри­за­ци­ей в мас­се (блоч­ный по­ли­сти­рол – гра­ну­лы) или в эмуль­сии (эмуль­си­он­ный, по­ро­шок), стек­ло­об­раз­ный, про­зрач­ный, хруп­кий по­ли­мер. Бо­лее по­ло­ви­ны про­из­во­ди­мых П. м. на ос­но­ве по­ли­сти­ро­ла при­хо­дит­ся на его со­по­ли­ме­ры. Это оп­ти­че­ски про­зрач­ный со­по­ли­мер сти­ро­ла с ак­ри­ло­нит­ри­лом (80д 20) – САН, блок­со­по­ли­мер сти­рол-ак­ри­ло­нит­рил-бу­та­ди­ен (АБС-пла­сти­ки), а так­же уда­ро­проч­ный по­ли­сти­рол (УПС) – дис­пер­сия бу­та­ди­ен-сти­роль­но­го кау­чу­ка в мат­ри­це ПС, ста­би­ли­зи­ро­ван­ная при­ви­ты­ми и блок­со­по­ли­ме­ра­ми сти­рол-бу­та­ди­ен. В табл. 1 при­ве­де­ны осн. по­ка­за­те­ли свойств опи­сан­ных вы­ше круп­но­тон­наж­ных тер­мо­пла­стов.

Таблица 1. Основные характеристики крупнотоннажных термопластов

К круп­но­тон­наж­ным П. м. от­но­сит­ся груп­па ре­ак­то­пла­стов (оли­го­ме­ры, смо­лы, свя­зую­щие), ко­то­рые при­ме­ня­ют­ся в осн. в ви­де по­ли­мер­ных ком­по­зи­ци­он­ных ма­те­риа­лов (ПКМ): пресс-по­рош­ки (дис­перс­ный на­пол­ни­тель), пре­мик­сы и пре­пре­ги (пер­вые – тес­то­об­раз­ная мас­са с дис­перс­ным на­пол­ни­те­лем; вто­рые вклю­ча­ют на­пол­ни­тель с ори­ен­ти­ро­ван­ной струк­ту­рой, во­лок­ни­стый или слои­стый, и жид­кое свя­зую­щее). Со­дер­жа­ние на­пол­ни­те­ля 40–70%, из­де­лия по­лу­ча­ют от­вер­жде­ни­ем под дав­ле­ни­ем. На­ря­ду с ре­ак­то­пла­ста­ми, в ви­де ПКМ всё ши­ре при­ме­ня­ют­ся тер­мо­пла­сты.

Сред­не­тон­наж­ные П. м. (про­из­во­дят от не­сколь­ких со­тен ты­сяч до не­сколь­ких мил­лио­нов т/год) – по­ли­ами­ды, по­ли­эфи­ры слож­ные (по­ли­эти­лен-, по­ли­бу­ти­лен­те­реф­та­лат), по­ли­кар­бо­на­ты, по­ли­ак­ри­ла­ты, по­ли­уре­та­ны и др. Ма­ло­тон­наж­ные (неск. про­цен­тов от об­ще­го объ­ё­ма про­из-ва П. м.) – фто­ро­пла­сты, по­ли­ими­ды, по­ли­суль­фо­ны, крем­ний­ор­га­ни­че­ские по­ли­ме­ры, жид­кок­ри­стал­ли­че­ские по­ли­ме­ры и др.

В пе­ре­чис­лен­ных П. м. ис­ход­ным сырь­ём яв­ля­ют­ся уг­ле­во­до­ро­ды, что обес­пе­чи­ва­ет вы­со­кую стой­кость к де­гра­да­ции в поч­ве и соз­да­ёт эко­ло­гич. про­бле­мы. По­это­му рас­ши­ря­ет­ся про­из-во П. м. из рас­тит. сы­рья, из­де­лия из ко­то­рых да­ют био­раз­ла­гае­мые бы­то­вые от­хо­ды. Это гл. обр. по­ли­лак­та­ты (по­ли­ме­ры мо­лоч­ной ки­сло­ты и её про­из­вод­ных) и крах­мал – как ма­те­ри­ал и как ком­по­нент био­раз­ла­гае­мых ком­по­зи­тов.

По со­во­куп­но­сти экс­плуа­тац. па­ра­мет­ров П. м. клас­си­фи­ци­ру­ют на ма­те­риа­лы об­ще­тех­ни­че­ские (пре­дел проч­но­сти при рас­тя­же­нии σ_р⩽ 50 МПа, те­п­ло­стой­кость по Ви­ка ⩽150 °C); ин­же­нер­ные пла­сти­ки (σ_р⩽ 120 МПа, те­п­ло­стой­кость по Вика ⩽ 210 °C); те­п­ло­стой­кие, вы­со­ко­проч­ные пла­сти­ки (σ_р⩽ 145 МПа, те­п­ло­стойкость по Ви­ка ⩽280 °C). Боль­шин­ст­во тер­мо­пла­стов вы­пус­ка­ет­ся в ви­де двух ма­рок, от­ли­чаю­щих­ся тех­но­ло­гич. свой­ст­ва­ми: экс­тру­зи­он­ные (по­ка­за­тель те­ку­че­сти рас­пла­ва 0,2–2 г/10 мин) и лить­е­вые (2–30 г/10 мин).

Осн. не­по­ли­мер­ным ком­по­нен­том ПКМ яв­ля­ет­ся дис­перс­ный на­пол­ни­тель – твёр­дые час­ти­цы и/или во­лок­на (см. так­же Ар­ми­ро­ван­ные пла­сти­ки). Мо­дуль уп­ру­го­сти ПКМ обыч­но уве­ли­чи­ва­ет­ся по срав­не­нию с ис­ход­ным по­ли­ме­ром-мат­ри­цей, а раз­рыв­ное уд­ли­не­ние умень­ша­ет­ся. В не­ко­то­рых слу­ча­ях воз­рас­та­ет проч­ность. Это про­ис­хо­дит за счёт уве­ли­че­ния фак­тич. по­верх­но­сти раз­ру­ше­ния из-за на­ли­чия твёр­дых час­тиц и за счёт об­ра­зо­ва­ния ад­сорб­ци­он­но­го (уп­роч­нён­но­го) слоя по­ли­ме­ра на по­верх­но­сти час­тиц. Оба фак­то­ра при­во­дят к уве­ли­че­нию удель­ной энер­гии об­ра­зую­щих­ся по­верх­но­стей и, сле­до­ва­тель­но, к рос­ту проч­но­сти. В ка­че­ст­ве на­пол­ни­те­лей ис­поль­зу­ют дис­перс­ные час­ти­цы ме­ла, као­ли­на, аэ­ро­си­ла, тех­нич. уг­ле­ро­да, дре­вес­ной му­ки, стек­ло­сфер и во­лок­ни­стых на­пол­ни­те­лей – стек­ло­во­ло­кон, уг­ле­род­ных во­ло­кон, ни­те­вид­ных кри­стал­лов («усов», вис­ке­ров) – кар­би­дов и нит­ри­дов бо­ра и др. (см., напр., Стек­ло­пла­сти­ки, Уг­ле­пла­сти­ки, Бо­ро­пла­сти­ки). Уси­ли­ваю­щей спо­соб­но­стью от­ли­ча­ют­ся на­но­раз­мер­ные (⩽100 нм) на­пол­ни­те­ли (т. н. на­но­на­пол­ни­те­ли), к ко­то­рым от­но­сят­ся фул­ле­ре­ны, од­но­слой­ные и мно­го­слой­ные уг­ле­род­ные труб­ки (диа­мет­ром ⩾ 10 нм), дис­перс­ный (де­то­на­ци­он­ный) ал­маз (40–60 нм), а так­же слои­стые струк­ту­ры – мон­тмо­рил­ло­нит (по­сле экс­фо­лиа­ции час­тиц на пла­стин­ки тол­щи­ной 1 нм) и гра­фе­ны (че­шуй­ки гра­фи­та тол­щи­ной ⩾ 10 нм и дли­ной 3–5 мкм). Раз­мер час­тиц на­пол­ни­те­лей: до 100 нм (уси­ли­ваю­щие), 5–20 мкм (по­лу­уси­ли­ваю­щие), 200–300 мкм, 1–5 мм (за­пол­ни­те­ли). В по­ли­про­пи­лен вво­дят мел, као­лин, стек­ло­во­лок­на; в ПА – стек­ло­во­лок­на; для ПВХ ис­поль­зу­ет­ся ши­ро­кий ас­сор­ти­мент на­пол­ни­те­лей. Дру­гие тер­мо­пла­сты на­пол­ня­ют для ре­ше­ния уз­ких, спе­ци­фич. за­дач.

К чис­лу ПКМ от­но­сят­ся и сме­си по­ли­ме­ров: по­ли­мер-по­ли­мер­ные эмуль­сии (сус­пен­зии), в ря­де слу­ча­ев об­на­ру­жи­ваю­щие си­нер­гизм в фор­ми­ро­ва­нии ком­плек­са свойств. На­пол­не­ние га­зом при­во­дит к соз­да­нию га­зо­на­пол­нен­ных П. м. (пе­но­пла­стов; в осн. на ос­но­ве по­ли­эти­ле­на, по­ли­сти­ро­ла, по­ли­уре­та­на). На­пол­не­ние длин­ны­ми во­лок­на­ми и тка­ня­ми (стек­лян­ные, уг­ле­род­ные, ор­га­ни­че­ские) при­во­дит к по­лу­че­нию ар­ми­ро­ван­ных П. м. (на­пол­не­ние до 90% по объ­ё­му при од­но­на­прав­лен­ной на­мот­ке), в ко­то­рых на­груз­ку не­сёт в осн. на­пол­ни­тель, а свя­зую­щее слу­жит для со­хра­не­ния ук­лад­ки на­пол­ни­те­ля и фор­мы из­де­лия. В не­ко­то­рые ПКМ (ча­ще на ос­но­ве ПВХ) вво­дят пла­сти­фи­ка­то­ры, ко­то­рые (в от­ли­чие от на­пол­ни­те­ля) умень­ша­ют мо­дуль уп­ру­го­сти и уве­ли­чи­ва­ют раз­рыв­ное уд­ли­не­ние.

Пром. про­из-во син­те­тич. П. м. в ми­ре на­ча­лось в 1909 вы­пус­ком фе­но­ло-фор­маль­де­гид­ных смол и ПКМ на их ос­но­ве (ба­ке­лит), в Рос­сии – в 1914 (кар­бо­лит). Ми­ро­вое про­из-во П. м. со­ста­ви­ло (в млн. т): в 1910 – 0,03; в 1950 – 1,5; в 1989 – 100; в 2002 – 200; в 2008 – 255; т. е. по объ­ё­му про­из-ва (в м³) П. м. пре­взош­ли чёр­ные ме­тал­лы. Бур­ный рост про­из-ва и при­ме­не­ния П. м. обу­слов­лен сле­дую­щи­ми осн. фак­то­ра­ми: со­че­та­ние проч­но­сти и стой­ко­сти к уда­ру; ма­лая плот­ность и, сле­до­ва­тель­но, вы­со­кая удель­ная проч­ность (табл. 2); эко­но­мич­ность, в т. ч. боль­ший (по срав­не­нию с ме­тал­ла­ми и ке­ра­ми­кой) объ­ём вы­пус­кае­мой про­дук­ции на еди­ни­цу ра­бо­чей си­лы (вы­со­кая про­из­во­ди­тель­ность), мень­шая энер­го­ём­кость про­из-ва на еди­ни­цу мас­сы из­де­лий, сни­же­ние от­хо­дов (за счёт спо­соб­но­сти П. м. к фор­мо­ва­нию из­де­лий).

Таблица 2. Сопоставление показателей качества конструкционных  материалов

Пром. ме­то­ды по­лу­че­ния П. м. и ПКМ: хи­мич. син­тез из мо­но­ме­ров (по­ли­ме­ри­за­ция, по­ли­кон­ден­са­ция и их раз­но­вид­но­сти), по­лу­че­ние ПКМ пу­тём сме­ше­ния ком­по­нен­тов на сме­си­тель­ном обо­ру­до­ва­нии (за­кры­тые сме­си­те­ли пе­рио­дич. дей­ст­вия, од­но- и двухш­не­ко­вые экс­тру­де­ры не­пре­рыв­но­го дей­ст­вия), а так­же про­пит­ка ар­ми­рую­ще­го на­пол­ни­те­ля.

П. м. при­ме­ня­ют­ся во всех сфе­рах че­ло­ве­че­ской дея­тель­но­сти, наи­боль­шие объ­ё­мы П. м. – бо­лее 50% ми­ро­во­го про­из-ва идут на упа­ков­ку (плён­ка), та­ру и в строи­тель­ст­во.