Пластичні маси, пластмаси, пластики, матеріали, що містять в своєму складі полімер, який в період формування виробів знаходиться у в'язкотекучому або високоеластичному стані, а при експлуатації — в стеклообразном або кристалічному стані. Залежно від характеру процесів, супутніх формуванню виробів, П. м. ділять на реактопласти і термопласти. До реактопластов відносять матеріали, переробка у вироби яких супроводиться хімічною реакцією утворення сітчастого полімеру — затвердінням; при цьому пластик необоротний втрачає здатність переходити у в'язкотекучий стан (розчин або розплав). При формуванні виробів з термопластов не походить затвердіння, і матеріал у виробі зберігає здатність знов переходити у в'язкотекучий стан.

  П. м. зазвичай складаються з декількох що взаємно поєднуються і компонентів, що не поєднуються. При цьому, окрім полімеру, до складу П. м. можуть входити наповнювачі полімерних матеріалів, пластифікатори, текучість, що знижують температуру, і в'язкість полімеру, стабілізатори полімерних матеріалів, що уповільнюють його старіння, фарбники і ін. П. м. можуть бути однофазними (гомогенними) або багатофазними (гетерогенними, композиційними) матеріалами. У гомогенних П. м. полімер є основним компонентом, що визначає властивості матеріалу. Останні компоненти розчинені в полімері і здатні покращувати ті або інші його властивості. У гетерогенних П. м. полімер виконує функцію дисперсійного середовища (єднального) по відношенню до компонентам, що диспергують в нім, складовим самостійні фази. Для розподілу зовнішньої дії на компоненти гетерогенного пластика необхідно забезпечити міцне зчеплення на кордоні контакту єднального з частками наповнювача, що досягається адсорбцією або хімічною реакцією єднального з поверхнею наповнювача.

  Наповнені пластики. Наповнювач в П. м. може бути в газовій або конденсуючій фазах. У останньому випадку його модуль пружності може бути нижче (низькомодульні наповнювачі) або вище (високомодульні наповнювачі) за модуль пружності єднального.

  До газонаповнених пластиків належать пінопласти — матеріали найбільш легкі зі всіх П. м.; їх щільність, що здається, складає зазвичай від 0,02 до 0,8 г/см ³ .

  Низькомодульні наповнювачі (їх інколи називають еластифікаторами), в якості яких використовують еластомери, не знижуючи теплостійкості і твердості полімеру, додають матеріалу підвищену стійкість до знакозмінних і ударних навантажень (див. таблиці. 1), запобігають проростанню мікротріщин в єднальному. Проте коефіцієнт термічного розширення еластіфіцированних П. м. вищий, а деформаційна стійкість нижча, ніж монолітних єднальних. Еластифікатор диспергують в єднальному у вигляді часток розміром 0,2—10 мкм. Це досягається полімеризацією мономера на поверхні часток синтетичних латексів, затвердінням олігомеру, в якому диспергує еластомер, механічним перетиранням суміші жорсткого полімеру з еластомером. Наповнення повинне супроводитися утворенням сополімера на кордоні розділу часток еластифікатора з єднальним. Це забезпечує кооперативну реакцію єднального і еластифікатора на зовнішню дію в умовах експлуатації матеріалу. Чим вище модуль пружності наповнювача і міра наповнення ним матеріалу, тим вище деформаційна стійкість наповненого пластика. Проте введення високомодульних наповнювачів в більшості випадків сприяє виникненню залишкової напруги в єднальному, а отже, пониженню міцності і монолітності полімерної фази.

  Властивості П. м. з твердим наповнювачем визначаються мірою наповнення, типом наповнювача і єднального, міцністю зчеплення на кордоні контакту, товщиною пограничного шару, формою, розміром і взаємним розташуванням часток наповнювача. П. м. з частками наповнювача малих розмірів, рівномірно розподіленими за матеріалом, характеризуються ізотропією властивостей, оптимум яких досягається при мірі наповнення, що забезпечує адсорбцію всього об'єму єднального поверхнею часток наповнювача. При підвищенні температури і тиску частина єднального десорбується з поверхні наповнювача завдяки чому матеріал можна формувати у вироби складних форм з крихкими армуючими елементами. Дрібні частки наповнювача залежно від їх природи до різних меж підвищують модуль пружності виробу, його твердість, міцність, додають йому фрикційні, антифрикційні, теплоізоляційні, теплопроводящие або електропровідні властивості.

  Для здобуття П. м. низької щільності застосовують наповнювачів у вигляді порожнистих часток. Такі матеріали (інколи звані синтактічеськимі пенамі), крім того, володіють хорошими звуко- і теплоізоляційними властивостями.

  Вживання як наповнювачі природних і синтетичних органічних волокон, а також неорганічні волокна (скляних, кварцевих, вуглецевих, борових, азбестових), хоча і обмежує вибір методів формування і утрудняє виготовлення виробів складної конфігурації, але різко підвищує міцність матеріалу. Зміцнююча роль волокон в волокнітах, матеріалах, наповнених хімічними волокнами (т.з. органоволокнітах), карбоволокнітах (див. Углеродопласти ) і стекловолокнітах виявляється вже при довжині волокна 2—4 мм. Із збільшенням довжини волокон міцність зростає завдяки взаємному їх переплетенню і пониженню напруги в єднальному (при високомодульному наповнювачі), локалізованих по кінцях волокон. У тих випадках, коли це допускається формою виробу, волокна скріпляють між собою в нитці і в тканині різного плетіння. П. м., наповнені тканиною ( текстоліти ) , відносяться до шаруватих пластиків, що відрізняються анізотропією властивостей, зокрема високою міцністю уздовж шарів наповнювача і низькою в перпендикулярному напрямі. Цей недолік шаруватих пластиків частково усувається вживанням т.з. об'емнотканих тканин, в яких окремі полотна (шари) переплетені між собою. Єднальне заповнює нещільність переплетень і, отверждаясь, фіксує форму, додану заготівці з наповнювача.

  У виробах нескладних форм, і особливо в порожнистих тілах обертання, волокна-наповнювачі розташовані по напряму дії зовнішніх сил. Міцність таких П. м. в заданому напрямі визначається в основному міцністю волокон; єднальне лише фіксує форму виробу і рівномірно розподіляє навантаження по волокнах. Модуль пружності і міцність при розтягуванні виробу уздовж розташування волокон досягають дуже високих значень (див. таблиці. 1). Ці показники залежать від міри наповнення П. м.

  Для панельних конструкцій зручно використовувати шаруваті пластики з наповнювачем з деревної шпони або папери, у тому числі папери з синтетичного волокна (див. Деревні пластики, Гетинакс ) . Значне зниження маси панелей при збереженні жорсткості досягається вживанням матеріалів тришаровою, або сендвічевой, конструкції з проміжним шаром з пінопласту або сотопласта.

  Основні види термопластов. Серед термопластов найбільш всіляке вживання поліетилену, полівінілхлориду і полістиролу, переважно у вигляді гомогенних або еластіфіцированних матеріалів, рідше газонаповнених і наповнених мінеральними порошками або синтетичними органічними волокнами.

  П. м. на основі поліетилену легко формуються і зварюються у вироби складних форм, вони стійкі до ударних і вібраційних навантажень, хімічно стійки, відрізняються високими електроізоляційними властивостями (діелектрична проникність 2,1—2,3) і низькою щільністю. Вироби з підвищеною міцністю і теплостійкістю отримують з поліетилену, наповненого коротким (до 3 мм ) скловолокном. При мірі наповнення 20% міцність при розтягуванні зростає в 2,5 разу, при вигині — в 2 рази ударна в'язкість — в 4 рази і теплостійкість — в 2,2 разу.

  Жорстка П. м. на основі полівінілхлориду — вініпласт, у тому числі еластіфіцированний (удароміцний), формується значно важче за поліетиленові пластики, але міцність її до статичних навантажень набагато вища, повзучість нижче і твердість вища. Ширше вживання знаходить пластифікований полівінілхлорид — пластикат . Він легко формується і надійно зварюється, а необхідне поєднання в нім міцності, деформаційній стійкості і теплостійкості досягається підбором співвідношення пластифікатора і твердого наповнювача.

  П. м. на основі полістиролу формуються значно легше, ніж з вініпласта, їх діелектричні властивості близькі до властивостей поліетиленових П. м., вони оптично прозорі і по міцності до статичним навантаженням мало поступаються вініпласту, але крихкіші, менш стійкіші до дії розчинників і горючі. Низька ударна в'язкість і руйнування унаслідок швидкого проростання мікротріщин — властивості, особливо характерні для пластиків полістиролів, усуваються наповненням їх еластомерами, тобто полімерами або сополімерами з температурою склування нижче — 40 °С. Еластіфіцированний (удароміцний) полістирол найбільш високої якості отримують полімеризацією стиролу на частках стиролового для бутадієну або бутадієну-нітрилу латексу. Матеріал, названий АБС, містить близько 15% гель-фракції (блок- і прищеплені сополімери полістиролу і вказаних сополімерів бутадієну), складовій граничний шар і сполучаючої частки еластомера з матрицею з полістиролу. Морозостійкість матеріалу обмежує температура склування еластомера, теплостійкість — температура склування полістиролу.

  Теплостійкість перерахованих термопластов знаходиться в межах 60—80 °С, коефіцієнт термічного розширення високий і складає 1 • 10 ^-4 , їх властивості різко змінюються при незначній зміні температури, деформаційна стійкість під навантаженням низька. Цих недоліків частково позбавлені термопласти, що відносяться до групи іономеров, наприклад сополімери етилену, пропилену або стиролу з мономерами, що містять іоногенні групи (зазвичай ненасичені карбонові кислоти або їх солі). Нижче за температуру текучості завдяки взаємодії іоногенних груп між макромолекулами створюються міцні фізичні зв'язки, які руйнуються при розм'якшенні полімеру. У іономерах вдало поєднуються властивості термопластов, сприятливі для формування виробів, з властивостями, характерними для сітчастих полімерів, тобто з підвищеною деформаційною стійкістю і жорсткістю. Проте присутність іоногенних груп у складі полімеру знижує його діелектричні властивості і вологостійкість.

  П. м. з вищою теплостійкістю (100—130 °С) і менш різкою зміною властивостей з підвищенням температури виробляють на основі поліпропілену, поліформальдегіду, полікарбонатов, поліакрілатов, поліамідів, особливо ароматичних поліамідів. Швидко розширюється номенклатура виробів, що виготовляються з полікарбонатов, у тому числі наповнених скловолокном.

  Для деталей, що працюють у вузлах тертя, широко застосовуються пластики з аліфатичних поліамідів, наповнених теплопроводящимі матеріалами, наприклад графітом.

  Особливо високі хімічна стійкість, міцність до ударних навантажень і діелектричні властивості пластиків на основі політетрафторетилену і сополімерів тетрафторетилену (див. Фторопласти ) . В матеріалах на основі поліуретанов вдало поєднується зносостійкість з морозостійкістю і тривалою міцністю в умовах знакозмінних навантажень. Поліметилметакрилат використовують для виготовлення оптично прозорих атмосферостійких матеріалів (див. також Стекло органічне ) .

  Обсяг виробництва термопластов з підвищеною теплостійкістю і органічних стекол складає близько 10% загального об'єму всіх полімерів, призначених для виготовлення П. м.

  Відсутність реакцій затвердіння під час формування термопластов дає можливість гранично інтенсифікувати процес переробки. Основні методи формування виробів з термопластов — литво під тиском, екструзія, вакуумформованіє і пневмоформованіє . Оскільки в'язкість розплаву високомолекулярних полімерів велика, формування термопластов на литних машинах або екструдерах вимагає питомого тиску 30—130 Мн/м-кодом = (300—1300 кгс/см ² ) .

  Подальший розвиток виробництва термопластов направлений на створення матеріалів з тих же полімерів, але з новими поєднаннями властивостей, вживанням еластифікаторів, порошкових і коротковолокнистих наповнювачів.

  Основні види реактопластов. Після закінчення формування виробів з реактопластов полімерна фаза набуває сітчастої (тривимірну) структури. Завдяки цьому отвержденниє реактопласти мають вищі, ніж термопласти, показники по твердості, модулю пружності, теплостійкості, втомній міцності, нижчий коефіцієнт термічного розширення; при цьому властивості отвержденних реактопластов не настільки різко залежать від температури. Проте нездатність отвержденних реактопластов переходити у в'язкотекучий стан вимушує проводити синтез полімеру в декілька стадій.

  Першу стадію закінчують здобуттям олігомерів (смол) — полімерів з молекулярною масою 500—1000. Завдяки низькій в'язкості розчину або розплаву смолу легко розподілити по поверхні часток наповнювача навіть в тому разі коли міра наповнення досягає 80—85% (по масі). Після введення всіх компонентів текучість реактопласту залишається настільки високою, що вироби з нього можна формувати заливкою (литвом), контактним формуванням, намотуванням. Такі реактопласти називаються преміксами у тому випадку, коли вони містять наповнювача у вигляді дрібних часток, і препрегамі, якщо наповнювачем є безперервні волокна, тканина, папір. Технологічне оснащення для формування виробів з преміксів і препрегов проста і енергетичні витрати невеликі, але процеси пов'язані з витримкою матеріалу в індивідуальних формах для затвердіння єднального. Якщо смола отверждаєтся по реакції поліконденсації, то формування виробів супроводиться сильною усадкою матеріалу і в нім виникає значна залишкова напруга, а монолітність, щільність і міцність далеко не досягають граничних значень (за винятком виробів, отриманих намотуванням з натягненням). Щоб уникнути цих недоліків, в технології виготовлення виробів із смол, отверждающихся по реакції поліконденсації, передбачена додаткова стадія (після змішення компонентів) — передзатвердіння єднального, здійснюваного при вальцюванні або сушці. При цьому скорочується тривалість подальшої витримки матеріалу у формах і підвищується якість виробів, проте заповнення форм із-за пониження текучості єднального стає можливим лише при тиску 25—60 Мн/м ² (250—600 кгс/см ² ) .

  Смола в реактопластах може отверждаться мимоволі (чим вище температура, тим більше швидкість) або за допомогою поліфункціональної низькомолекулярної речовини — отверджувача.

  Реактопласти з будь-яким наповнювачем виготовляють, застосовуючи як єднальний феноло-альдегідні смоли, часто еластіфіцированниє полівінілбутіралем (див. Полівінілацеталі ) , каучуком бутадієну-нітрилу, поліамідами, полівінілхлоридом (такі матеріали називають фенопластамі ) , і епоксидні смоли, інколи модифіковані феноло- або смолами аніліно-формальдегідів або отверждающиміся олігоефірамі.

  Високоміцні П. м. з термостійкістю до 200 °С виробляють, поєднуючи скляні волокна або тканини з отверждающиміся олігоефірамі, смолами феноло-формальдегідів або епоксидних. У виробництві виробів, що тривало працюють при 300 °С, застосовують склопластики або асбопластіки з кремнійорганічним єднальним; при 300—340 °С — полііміди у поєднанні з кремнеземними, азбестовими або вуглецевими волокнами; при 250—500 °С у повітрі і при 2000—2500 °С у інертній середовищах — фенопласти або пластики на основі поліамідів, наповнені вуглецевим волокном і піддані карбонізують (графітациі) після формування виробів.

  Високомодульні П. м. [модуль пружності 250—350 Гн/м ² (25 000—35 000 кгс/мм ² ) } виробляють, поєднуючи епоксидні смоли з вуглецевими, борними або монокристалічними волокнами (див. також Композиційні матеріали ) . Монолітні і легкі П. м., стійкі до вібраційних і ударних навантажень, водостійкі і зберігаючі діелектричні властивості і герметичність в умовах складного вантаження, виготовляють, поєднуючи епоксидні, поліефірниє або меламіно-формальдегіді смоли з синтетичними волокнами або тканинами, папером з цих волокон.

  Найбільш високі діелектричні властивості (діелектрична проникність 3,5—4,0) характерні для матеріалів на основі кварцевих волокон і поліефірних або кремнійорганічних єднальних.

  деревинно-шаруваті пластики широко використовують в промисловості будматеріалів і в суднобудуванні.

  Обсяг виробництва і структура вжитку пластмас. Пластичні матеріали на основі природних смол (каніфолі, шелаку, бітумів і ін.) відомі з давніх часів. Старою П. м., приготованою з штучного полімеру — нітрату целюлози, є целулоїд виробництво якого було почате в США в 1872. У 1906—10 в Росії і Германії в дослідному виробництві налагоджується випуск перших реактопластов — матеріалів на основі смоли феноло-формальдегіду. У 30-х рр. в СРСР, США, Германії і ін. промислово розвинених країнах організовується виробництво термопластов — полівінілхлориду, поліметилметакрилату, поліамідів, полістиролу. Проте бурхливий розвиток промисловості пластмас почався лише після 2-ої світової війни 1939—45. У 50-х рр. у багатьох країнах починається випуск самою великотоннажною П. м.— поліетилену.

  В СРСР становлення промисловості П. м. як самостійній галузі відноситься до періоду довоєнних п'ятирічок (1929—40). Виробництво пластмас склало (у тис. т ) : в 1940 — 24, в 1950 — 75, в 1960 — 312, в 1970 — 1673, в 1973 — близько 2300. Основні підприємства зосереджені в Європейській частині (84% загальносоюзного виробництва П. м.). До їх числа відносяться орехово-зуєвський завод «Карболіт», Казанський завод органічного синтезу, хімічний комбінат Полоцкий, Свердловський завод пластмас, Володимирський хімічний завод, Горлівський хімічний комбінат, Московський нафтопереробний завод. У перспективі у зв'язку із створенням найбільших Томська і Тобольська нафтохімічних комплексів на базі Тюменських нафтових родовищ, розвитком Омського нафтохімічного комплексу і відповідних заводів пластмас близько 30% їх виробництва доводитиметься на східні райони. Основні підприємства, що діють, в цих районах — кемеровський завод «Карболіт», Тюменський завод пластмас.

  Виробництво П. м. в 1973 в деяких капіталістичних промислово розвинених країнах характеризується наступними даними (у тис. т ) : США — 13200, Японія — 6500, ФРН(Федеральна Республіка Німеччини) — 6500, Франція — 2500, Італія — 2300, Великобританія — 1900.

  В 1973 світове виробництво полімерів для П. м. досягло ~ 43 млн. т. З них близько 75% припадало на частку термопластов (25% поліетилену, 20% полівінілхлориду, 14% полістиролу і його похідних, 16% інших пластиків). Існує тенденція до подальшого збільшення долі термопластов (в основному поліетилену) в загальному виробництві П. м.

  Хоча доля термореактивних смол в загальному випуску полімерів для П. м. складає всього близько 25%, фактично обсяг виробництва реактопластов вищий, ніж термопластов, із-за високої міри наповнення (60—80%) смоли.

  Вживання П. м. в різних областях техніки характеризують дані (таблиця. 2).

  Виробництво П. м. розвивається значно інтенсивніше, ніж таких традиційних конструкційних матеріалів, як чавун і алюміній (таблиця. 3).

  Вжиток П. м. в будівництві безперервно зростає. При збільшенні світового виробництва П. м. в 1960—70 приблизно в 4 рази об'єм їх вжитку в будівництві зріс в 8 разів. Це обумовлено не лише унікальними фізіко-механічнімі властивостями полімерів, але також і їх коштовними архітектурно-будівельними характеристиками. Основні переваги П. м. перед ін. будівельними матеріалами — легкість і порівняно велика питома міцність. Завдяки цьому може бути істотно зменшена маса будівельних конструкцій, що є найважливішою проблемою сучасного індустріального будівництва. Найширше П. м. (головним чином рулонні і плиткові матеріали) використовують для покриття полови і ін. обробних робіт (див. також Полімербетон ) , герметизації, гидро- і теплоізоляції будівель, у виробництві труб і санітарно-технічного устаткування. Їх застосовують і у вигляді стінних панелей, перегородок елементів покрівельних покриттів (в т.ч. світлопрозорих), віконних палітурок, дверей, пневматичних будівельних конструкцій, будиночків для туристів, літніх павільйонів і ін.

  П. м. займають одне з провідних місць серед конструкційних матеріалів машинобудування. Вжиток їх в цій галузі стає сумірним (у одиницях об'єму) з вжитком стали. Доцільність використання П. м. в машинобудуванні визначається перш за все можливістю здешевлення продукції. При цьому покращуються також найважливіші техніко-економічні параметри машин — зменшується маса, підвищуються довговічність, надійність і ін. З П. м. виготовляють зубчасті і черв'ячні колеса, шківи, підшипники, ролики, що направляють верстатів, труби, болти, гайки, широкий асортимент технологічного оснащення і ін.

  Основні достоїнства П. м., що обумовлюють їх широке вживання в авіабудуванні, - легкість, можливість змінювати технічні властивості у великому діапазоні. За період 1940—70 число авіаційних деталей з П. м. збільшилося від 25 до 10 000. Найбільший прогрес у використанні полімерів досягнутий при створенні легких літаків і вертольотів. Тенденція до усе більш широкого їх вживання характерна також для виробництва ракет і космічних апаратів, в яких маса деталей з П. м. може складати 50% від загальної маси апарату. З використанням реактопластов виготовляють реактивні двигуни силові агрегати літаків (оперення, крила, фюзеляж і ін.), корпуси ракет, колеса, стійки шасі, що несуть гвинти вертольотів, елементи теплового захисту, підвісні паливні баки і ін. Термопласти застосовують у виробництві елементів скління, антенних обтічників, при декоративній обробці інтер'єрів літаків і ін., пено- і сотопласти — як заповнювачі високонавантажених тришарових конструкцій.

  Сфери застосування П. м. в суднобудуванні дуже всілякі, а перспективи використання практично необмежені. Їх застосовують для виготовлення корпусів судів і корпусних конструкцій (головним чином склопластики), у виробництві деталей суднових механізмів, приладів, для обробки приміщень, їх тепло-, звуко- і гідроізоляції.

  В автомобілебудуванні особливо велику перспективу має вживання П. м. для виготовлення кабін, кузовів і їх великогабаритних деталей, т.к. на долю кузова доводиться близько половини маси автомобіля і ~ 40% його вартостей. Кузови з П. м. надійніші і довговічніші, чим металеві, а їх ремонт дешевший і простіший. Проте П. м. не отримали ще великого поширення у виробництві великогабаритних деталей автомобіля, головним чином із-за недостатньої жорсткості і порівняно невисокої атмосферостійкості. Найширше П. м. застосовують для внутрішньої обробки салону автомобіля. З них виготовляють також деталі двигуна трансмісії, шасі. Величезне значення, яке П. м. грають в електротехніці, визначається тим, що вони є основою або обов'язковим компонентом всіх елементів ізоляції електричних машин, апаратів і кабельних виробів. П. м. часто застосовують і для захисту ізоляції від механічних дій і агресивних середовищ, для виготовлення конструкційних матеріалів і ін.

  Тенденція до усе більш широкого вживання П. м. (особливо плівкових матеріалів див.(дивися) Плівки полімерні ) характерна для всіх країн з розвиненим сільським господарством. Їх використовують при будівництві споруд культивацій, для мульчування грунту, дражірованія насіння, упаковки і зберігання з.-х.(сільськогосподарський) продукції і т.д. У меліорації і з.-х.(сільськогосподарський) водопостачанні полімерні плівки служать екранами, що запобігають втраті води на фільтрацію із зрошувальних каналів і водоймищ; з П. м. виготовляють труби різного призначення, використовують їх в будівництві водогосподарських споруд і ін.

  В медичній промисловості вживання П. м. дозволяє здійснювати серійний випуск інструментів, спеціального посуду і різних видів упаковки для ліків. У хірургії використовують пластмасові клапани серця, протези кінцівок, ортопедичні вкладки, тутори, стоматологічні протези, кришталики ока і ін.

  Літ.: Енциклопедія полімерів, т, 1—2, М., 1972—74; Технологія пластичних мас, під ред. Ст Ст Коршака, М., 1972; Лосев І. П., Тростянськая Е. Б., Хімія синтетичних полімерів, 3 видавництва, М., 1971; Пластики конструкційного призначення, під ред. Е. Б. Тростянськой, М., 1974.

  Е. Б. Тростянськая.

  Таблиця. 1.—Свойства пластмас.