Глава 7. Общие свойства полимерных материалов

Полимерные материалы (ПМ) обладают комплексом общих свойств, отличающих их от многих традиционных материалов. Для большинства полимерных материалов характерны легкость, разнообразие физико-механических свойств, химическая стойкость, малая теплопроводность, высокие диэлектрические свойства, хороший внешний вид изделий. Некоторые полимерные материалы имеют высокую прозрачность. Плотность ПМ в большинстве случаев колеблется в пределах 0,9…1,5 г/см³, объемная масса специальных видов полимерных материалов с пористой (пенообразной) микро- и макроструктурой может достигать 0,1…0,02 г/см³. Это позволяет существенно снизить массу многих изделий и деталей, например, при замене металлов, стекла и керамики пластмассами. Пористые пластики имеют низкие величины коэффициентов тепло- и электропроводности, а поэтому применяются как тепло- и звукоизоляционные материалы.

Физико-механические свойства ПМ разнообразны, поэтому из них могут быть изготовлены как жесткие, упругие, так и гибкие, кожеподобные и каучукоподобные материалы. Жесткие, наполненные и особенно слоистые пластики имеют высокую механическую прочность, что в сочетании с малой плотностью ставит их в ряд важных и часто незаменимых конструкционных материалов для многих непродовольственных товаров.

Существенным преимуществом ПМ, по сравнению, например, с металлами, является высокая стойкость к действию воды и многих химических реагентов (растворов солей, кислот и щелочей). Поэтому пластмассы широко применяются для изготовления бытовых изделий, а также в химическом машиностроении в качестве антикоррозионного материала, не требующего специальных защитных покрытий. Высокой химической стойкостью обладают фторопласты, полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полистирол и поливинилхлорид.

Из них фторопласт-4 отличается исключительно высокой стойкостью к действию растворителей и химических реагентов: он не растворяется и не набухает ни в одном из известных растворителей – выдерживает без изменений последовательную обработку в концентрированных кислотах (серной кислотой 24 года при 290 °С), смеси азотной и соляной кислот − 24 года при 100 °С.

Готовые изделия из ПМ, как правило, не требует декоративных покрытий, так как имеют обычно гладкую блестящую поверхность, придающую им красивый внешний вид. Способность многих пластических масс окрашиваться практически в любой цвет используется как ценный материал в строительстве, для художественных изделий, а также для имитации слоновой кости и др.

Коэффициент использования материала при переработке ПМ в изделия достигает 0,55…0,98, тогда как у металлов при механической обработке – 0,2…0,6, при литье − 0,6…0,80.

Отдельные пластики, например, фторопласт-4, полиакрилаты и кремнийорганические смолы имеют высокую теплостойкость (до 300 °С и выше).

Обладая отличными диэлектрическими свойствами, ПМ широко используются как электроизоляционные материалы. Такие пластики, как полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен, являются наилучшими диэлектриками.

Такие ПМ, как полиметилметакрилат, полистирол, поликабонаты и другие бесцветные материалы, обладают хорошей прозрачностью. По пропусканию ультрафиолетовых лучей они в десятки раз превосходят силикатные стекла.

Наряду с достоинствами, ПМ имеют и недостатки. Так, под действием кислорода воздуха, влаги, света, механических и термических воздействий ПМ старятся. В результате постепенно происходящих процессов окисления и других химических изменений, связанных с нарушением структуры полимера, снижается эластичность, повышаются жесткость, хрупкость и водопоглощаемость полимеров, появляются трещины, ухудшается внешний вид изделий. Эти нежелательные явления частично или полностью могут быть устранены путем наиболее рационального выбора состава полимера, удаления вредных примесей, введение небольших добавок стабилизаторов (противостарителей).

При использовании в условиях повышенной температуры отдельные ПМ оказываются недостаточно теплостойкими. Многие из них длительно сохраняют твердость и форму изделий лишь при температуре ниже 100 °С, хотя для бытовых изделий такая теплостойкость вполне достаточна. Недостатками ПМ являются также большой коэффициент термического расширения, сильная электризуемость, проявление хладотекучести, повышенная горючесть. Эти особенности надо знать и учитывать при выборе ПМ для конкретных условий использования изделий из ПМ.