МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТНЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

ФИЛИАЛ СамГУПС в г. НИЖНЕМ НОВГОРОДЕ

Методическая разработка учебного занятия по дисциплине

«Материаловедение»

Тема: Общая характеристика пластических масс

Выполнил преподаватель

высшей категории Едокова Т.Н.

Нижний Новгород 2020

Дисциплина – Материаловедение

Специальность – 23.02.06 Техническая эксплуатация подвижного состава

железных дорог

Тема урока: Общая характеристика пластических масс.

Цели урока:

-

изучить

свойства,

строение,

применение

пластических

масс

и

способы

производства изделий из пластмасс;

- овладеть общими компетенциями:

ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для

эффективного

выполнения

профессиональных

задач,

профессионального

и

личностного развития.

ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного

развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение

квалификации.

О

К 9

. Ориентироваться в

условиях

частой

смены

технологий

в

профессиональной деятельности.

Задача урока:

Ознакомиться

с

понятиями:

пластмасс а,

полимер,

наполнители,

газообразователи, пластификаторы, стабилизаторы, отвердители, катализаторы,

термореактивные пластмассы, термопластичные пластмассы.

Ход занятия

Объяснение нового материала

Пластмассы (пластики) – это органические материалы на основе полимеров,

которые

способны

при

нагреве

размягчаться

и

под

давлением

принимать

определенную

устойчивую

форму.

Простые

пластмассы

состоят

из

одних

химических полимеров. Сложные пластмассы включают добавки: наполнители,

пластификаторы, красители, отвердители, катализаторы.

Полимер является основой любой пластмассы, он связывает все компоненты

пластмассы в монолитное целое, придает ей главные свойства.

Первыми пластическими массами были эбонит (1843г), целлулоид (1872г) и

галалит

(1897г),

созданные

на

основе

химических

модифицированных

природных

полимеров

натурального

каучука,

нитроцеллюлозы

и

белковых

веществ. Получение первых синтетических смол и пластмасс относятся к

началу

прошлого

столетия.

В

начале

столетия

был

освоен

выпуск

фенопластов,

а

после

мировой

войны

аминопластов.

В

30-х

годах

начат

п р о м ы ш л е н н ы й

в ы п у с к

п о л и с т и р о л а ,

п о л и в и н и л х л о р и д а ,

полиметилметакрилата

и

др.

Создание

этих

лучших

по

своим

свойствам

синтетических полимеров, получаемых из менее дефицитного сырья, привело к

прекращению выпуска галалита и сокращению производства целлюлозы.

С

открытием

синтетических

полимеров

сильно

изменилась

жизнь

человечества.

Давайте

заглянем

на

кухню

или

в

ванную

комнату.

Тазики,

бутылки,

одноразовая

посуда,

холодильники,

микроволновые

печи,

посудомоечные и стиральные машины, линолеум, мебель и т.д и т.п. если все

что

сделано

из

пластмасс

просто

убрать,

то

человек

останется

в

практически пустом пространстве. Пластмассы заменяют все известные нам

материалы. Не зря двадцатый век назвали веком пластмасс. Но, у такого

замечательного

материала

есть

один

существенный

недостаток

–

невозможность

полной

и

безопасной

для

человека

и

окружающей

среды

утилизации.

Давайте

с

Вами

назовем

положительные

и

отрицательные

свойства

пластмасс:

Основные свойства пластмасс:

«+»

«-»

Широкий диапазон плотности (от 1…200 г/см

3

)

Я в л я ю т с я

г о р ю ч и м и

в е щ е с т в а м и

–

г о р я т

с

в ы д е л е н и е м

т о к с и ч н ы х

веществ, вредных для человека

( д л я

п л а с т м а с с

разрабатываются

специальные

антипирены)

Обладают малым весом (лёгкие)

Широкий

диапазон

прочности

(до

500МПа)

больше чем у чугунов

Не

разлагаются

в

земле

-

проблема утилизации

Могут

быть

твёрдыми

и

прочными

или

же

пластичными и упругими

Ползучесть-

потеря

формы

с

течением времени

Хо р о ш и е

а н т и ф р и к ц и о н н ы е

с в о й с т в а

(полиамидные подшипники работают долгое время

без добавления смазки)

Не стойки

к

в о з д е й с т в и ю

в ы с о к и х

с т а т и ч е с к и х

и

динамических нагрузок

Высокая

коррозионная

стойкость

(выдерживают

воздействие

даже

концентрированных

кислот,

солей и щелочей)

Склонны

к

старению

–

под

воздействием

окружающей

среды снижается эластичность,

п о в ы ш а е т с я

ж ё с т к о с т ь ,

х р у п к о с т ь

и

водопроницаемость

пластмасс,

п о я в л я е т с я

т р е щ и н ы ,

ухудшает ся

внешний

в и д

изделий.

Не

подвержены

гниению

и

повреждению

микроорганизмами

Высокие диэлектрические свойства.

В

то

же

время,

вводя

в

состав

пластмассы

токопроводящие

наполнители

(графит,

сажу,

металлические

порошки

и

др.),

легко

получают

токопроводящие и теплопроводящие пластики.

Многие

из

них

длительно

сохраняют

твёрдость

и

форму

изделий лишь при температуре

ниже 100°С

Могут

быть

цветными

(Способность

многих

пластических масс окрашиваться практически в

любой цвет используется как ценный материал в

Сильная электризуемость

строительстве, для художественных изделий, а

так

же

для

имитации

слоновой

ко с т и ,

драгоценных

камней,

перламутра

и

др:.)

и

прозрачными.

По

оптическим

свойствам

не

уступают стеклам

Низкая

теплопроводность

(применяются

в

качестве теплоизоляционных материалов)

Низкая звукопроводность

Широкий диапазон рабочих температур (-70……

+500

о

С)

Низкое водопоглощение (у некоторых пластмасс

практически равно нулю)

Хорошие

технологические

свойства

(поддаются

любому виду обработки)

Сравнительно низкая стоимость

Изделия из пластмасс легко моются и очищаются

Состав пластмасс:

Связующие вещества – полимеры.

Являются преимущественно синтетические высокомолекулярные полимеры и

некоторые видоизмененные, природные полимеры (эфиры целлюлозы). Они

являются главной составной частью, определяющей все основные свойства

пластмасс,

их

способность

формоваться

при

повышенных

температурах

и

давлении, а также сохранять приданную изделию форму.

Наполнители

перемешиваются со связующими веществами и остальными компонентами

пластмассы,

пропитываются

и

обволакиваются

связующим

веществом,

благодаря чему в процессе формования изделий образуется твердая и плотная

масса.

Наполнители упрочняют материал, удешевляют его и придают ему специальные

свойства, например повышают теплостойкость, повышается прочность на удар,

повышает механическую прочность и твердость пластмасс,

устраняющих

хрупкость

пластмасс, уменьшают усадку и т. д. В качестве наполнителей

используют

органические

(древесная

мука,

целлюлоза,

хлопковые

очесы,

хлопчатобумажная ткань, древесный шпон, бумага и т. д.) и неорганические

(графит,

тальк,

асбест,

кварц,

слюда,

стекловолокно,

стеклоткань

и

др.)

вещества. В пластмассе может содержаться до 70% наполнителей.

Порошкообразные наполнители

Минеральные порошки - кварц, мел, асбест, слюда и каолины.

Органические порошки – древесная мука.

Волокнистые наполнители

Минеральное волокно – стеклянное, базальтовое, асбестовое.

Органическое волокно – углеродное, хлопковое, древесное.

Листовые наполнители

Бумага, хлопчатобумажные ткани, стеклоткани, стеклошпон, древесный шпон.

Газообразователи вводят в состав для получения газонаполненных пластмасс

(поро - и пенопластов). Это азот, углекислый газ, воздух, пропан, фреон. Или

воздействуют на полимер ионизирующим излучением, при этом выделяется

водород, который вспенивает полимер.

Пластификаторы

- облегчают

переработку

пластмасс

и

делают

их

более

эластичными. Кроме того, пластификаторы увеличивают гибкость, уменьшают

хрупкость и улучшают формуемость пластмасс. Пластификаторы уменьшают

межмолекулярное взаимодействие и хорошо совмещаются с полимерами. В

качестве пластификаторов используют эфиры, дибутилфталат, касторовое масло

и

д р .

И х

д о б а в л я ю т

в

п л а с т м а с с ы

в

ко л и ч е с т в е

1 0 - 2 0 % .

Стабилизаторы (ингибиторы) это вещества, препятствующие необратимому

изменению свойств пластмасс под действием тепла, кислорода воздуха, света,

влаги

и

прочих

факторов,

т.е.

замедляющие

процессы

старения.

Особенно

интенсивное

старение

пластмасс

вызывает

ультрафиолетовые

лучи,

обладающие большой мощностью.

(мочевина, ароматические амины, тиоэфиры и т.д)

Отвердители

и

катализаторы ускоряют

процессы

отвердения

смол

и

получения пластмасс (известь, магнезия и д р.)

Красители - вещества (сурик, окись цинка, литопон, сажа и др.), придающие

пластмассам требуемый цвет.

Специальные

добавки -

вещества,

которые

служат

для

изменения

или

усиления

какого-либо

свойства.

К

ним

относят

смазывающие

вещества

(стеарин,

олеиновая

кислота

и

др.),

которые

уменьшают

трение

между

частицами композиций и устраняют прилипание к пресс-формам, вещества для

уменьшения

статических

электрических

зарядов,

уменьшения

горючести,

защиты от плесени

(сильные яды – фунгициды – защищают от плесени и

поедания насекомыми в условиях тропиков) и т. д.

В зависимости от характера превращений, происходящих с полимером при

формовании, пластмассы подразделяются на реактопласты и термопласты.

Реактопласты

или

термореактивные

пластмассы,

подобно

обожженной

глине, не способны после застывания вернуть вновь пластичное состояние.

(Это

связано

с

тем,

что

их

переработка

в

изделие

сопровождается

химическим

взаимодействием

между

макромолекулами

и

образованием

пространственной структуры полимера). После таких химических реакций

реактопласты

утрачивают

пластичность,

становясь

неплавкими

и

нерастворимыми. Повторно переработать такой материал в новое изделие уже

невозможно.

Обычно

реактопласты

-

это

фенольные,

карбамидные

и

полиэфирные

смолы.

Чаще

всего

в

исходном

состоянии

они

представляют

жидкости, которые при добавлении катализатора или нагревании необратимо

затвердевают вследствие образования сшитых молекул.

Термопластичными

пластмассами

(термопластами)

называют

такие

пластики, которые при нагревании размягчаются и легко формуются в изделия,

а

при

охлаждении

(после

формования)

–

застывают,

их

можно

формовать

многократно. Их легче превращать в готовые изделия, можно рационально

обрабатывать

и

перерабатывать

методами

литья

под

давлением,

вакуумной

формовки

или

простой

формовки.

К

термопластам

относятся

полиэтилен,

поливинилхлорид, полистирол и АБС-полимеры.

Изготовление изделий из пластмасс

Большинство процессов переработки пластмасс в изделия включает в себя три

основные

операции:

а)

нагревание

и

размягчение

полимера;

б)

собственно

формование изделий; в) охлаждение изделий.

Рассмотрим

основные

методы

переработки

пластических

масс

в

готовые

изделия.

Основные методы переработки термопластов - литье под давлением, экструзия,

вакуумформование, пневмоформование; реактопластов - прессование и литье

под давлением.

1.

Литье под давлением – при этом способе пластмасса размягчается при

нагревании в отдельной камере, а затем уже с помощью насоса под давлением

подается в холодную пресс-форму. Пластмасса заполняет ее и, охладившись,

быстро затвердевает. Этот метод применяется главным образом для получения

сложных изделий с высокой точностью.

2.

Экструзия - это способ изготовления профилированных изделий большой

длины. Заключается в непрерывном выдавливании размягченной пластмассы

через отверстие определенного сечения. Применяется в производстве труб,

пленок, при наложении электрической изоляции на провода.

3.

Вакуумформование

-

метод

производства

изделий

из

листовых

термопластов.

Изделие

требуемой

конфигурации получают за счет разности

давлений, возникающей вследствие разрежения в полости формы, над которой

закреплен

лист.

Применяется,

например,

в

производстве

емкостей,

деталей

холодильников, корпусов приборов.

4.

Пневмоформование - это, как и вакуумформование, способ изготовления

изделий

из

листовых

термопластов.

Изделие

оформляется под

действием

сжатого

воздуха на лист, закрепленный над полостью формы. Применяется,

например, в производстве ванн, раковин, деталей остекления самолетов.

5.

Прессование - при горячем прессовании смесь полимера с добавками

засыпают

в

горячую

пресс-форму.

Пресс-форма

состоит

из

неподвижной

подставки,

форма

которой

соответствует

форме

прессуемых

изделий

и

подвижного поршня - пуансона. После загрузки смеси пресс-форму закрывают

и давят на смесь пуансоном, который постепенно входит в подставку. Благодаря

нагреванию смесь становится пластичной и под действием давления заполняет

все каналы в пресс-форме. Если формуется реактопласт, то нагретая масса через

некоторое время затвердевает, и готовое изделие вынимают из пресс-формы.

Если же формуется термопласт, то пресс-форму надо охлаждать, иначе изделие

растечется

и

потеряет

нужные

очертания.

При

прямом

(компрессионном)

прессовании материал нагревают в пресс-форме, при литьевом (трансферном)

прессовании - в камере, из которой продавливается в пресс-форму по так

называемым литниковым каналам.

Применение пластмасс

Около

2/3

всего

мирового

производства

пластмасс

составляют

массовые

продукты: полиэтилен, поливинилхлорид и полистирол. Основные области их

применения - это строительство, упаковка, машиностроение, электротехника,

транспорт. Причиной их широкого распространения служат главным образом

относительно низкая цена и легкость переработки и лишь во вторую очередь

свойства, которые во многом уступают свойствам более дорогих специальных

веществ.

В

1/3

преобладают

полиэфирные

смолы,

полиуретаны,

поливинилацетат,

аминопласты, фенопласты, полиакрилаты и полиметакрилаты. Так называемые

специальные

пластмассы,

например,

полиформальдегид,

поликарбонаты,

фторполимеры,

силиконы,

полиамиды

и

эпоксидные

смолы,

все

вместе

составляют около 2%.

Контрольные вопросы

1.

Без какого компонента не может быть пластмассы?

2.

Что такое термопласт?

3.

Как ведут себя реактопласты при нагревании?

4.

В чем причина старения пластмасс и как повысить их долговечность?

5.

В чем основной недостаток пластмасс?

6.

Можно ли заменить абсолютно все материалы пластмассами?