Конструкционные полимерные материалы

Пластические массы (пластмассы) представляют собой многочисленную группу материалов с самыми разнообразными свойствами. Они находят широкое применение в судостроении. Корпуса судов, отдельные корпусные конструкции, детали судовых устройств, систем и механизмов, отделка и оборудование судовых помещений; тепло-, звуко- и гидроизоляция, палубные и противокоррозионные покрытия, насалки для спуска судов — далеко не полный перечень применения пластмасс в судостроении.

Пластмассами называют материалы на основе органических соединений с большой молекулярной массой (так называемые высокомолекулярные вещества). Эти органические вещества называют полимерами или смолами. Большинство типов пластмасс является композиционными материалами, которые состоят из нескольких компонентов, взятых в определенном соотношении. Кроме смол в состав пластмасс входят наполнители или армирующие материалы, пластификаторы, отвердители, стабилизаторы, пигменты, ингибиторы и другие компоненты, придающие определенные физико-механические и теплофизические свойства материалу, а иногда в значительной степени влияющие на технологию его изготовления или применения.

Полимеры являются непременной составной частью — основой пластической массы. Они связывают в единое целое все входящие в состав пластмассы компоненты. Поэтому полимеры называют связующим веществом. В большинстве случаев полимер входит в состав пластмассы в количестве 20—60 % ее массы и придает ей основные свойства (см. табл. 9.6). Иногда пластмасса состоит целиком только из одного полимера (полиэтилена, полистирола, полиамида, полиметилметакрилата — оргстекла). Полимеры имеют большие по размеру молекулы, которые, в свою очередь, содержат от нескольких тысяч до миллиона   и более   мелких молекул,  химически   связанных между собой. Первичные элементарные группировки молекул, из которых образуются полимеры, называются мономерами. Они построены на основе атомов углерода, поэтому пластмассы и относятся к классу органических веществ. Полимеры, или синтетические смолы, имеют вид аморфной смолообразной массы. Их получают из отходящих газов нефтехимического (рис. 9.7) или коксохимического производства, природного газа.

К синтетическим смолам относятся полистирол, полиэтилен, поливинилхлоридные, полиакриловые, эпоксидные, мочевино- и меламиноформальдегидные (аминопласты) смолы и др. Синтетические смолы получают в результате процессов полимеризации или поликонденсации. При производстве полимеризационных смол соединение мономеров в молекулы-гиганты и получение высокомолекулярных веществ (полимеров) происходят без выделения каких-либо побочных продуктов, т. е. в образовавшемся полимере используются все атомы мономера. При производстве поликонденсационных смол соединение простых разнородных мономеров и получение полимеров происходят в результате взаимодействия активных групп молекул и отщепления от них атомов, которые образуют побочные продукты реакции: воду, аммиак, спирт, хлористый водород и т. п. К полимеризационным смолам относятся поливинилхлорид, полистирол, полиэтилен, к поликонденсационным — фенолформальдегидные, мочевино- или меламиноформальдегидные и другие смолы.

Рис. 9.7. Схема использования некоторых газов нефтепереработки для производства полимеров

Высокомолекулярные вещества с заданными свойствами образуются в результате реакции сополимеризации. Она состоит в совместном осуществлении процесса полимеризации (или поликонденсации) нескольких исходных веществ, идущих на образование необходимых полимеров. Появляется новое высокомолекулярное соединение, которому присущи основные свойства входящих в его состав полимеров. Методом сополимеризации можно изменять свойства полимеров в широких пределах. Например, полистирол — жесткий, прочный, но хрупкий полимер, а каучук — мягкое, эластичное высокомолекулярное соединение. В результате сополимеризации этих соединений получают ударопрочный полистирол, из которого изготовляют детали санитарно-технических изделий.

Таблица 9.6. Физико-механические свойства пластмасс

Наименование свойств	Марки полиэтилена			Полипропилен	Марки фторопласта			Полистирол
	ВД	НД			3	4	4Д	блочный	эмульсионный
		А	Б
Плотность, кг/м3	920—930	935—950	940—960	900—920	2 090—2 160	2 150—2 350	—	1 050—1 100	1 050—1 080
Предел прочности, МПа:
при растяжении	8,4—17,5	19,5—38,5	22,0—45,0	25	30—50	14—25	8—25	350	250
при сжатии	12,5—21,0	20,0—90,0	—	60	50—57	20	14	100	100
при изгибе	12,0—17,0	20,0—38,0	20,0—38,0	56	60—80	11 — 14	11— 14	95	100
Относительное удлинение, %	150—600	100—800	200—900	100—400	100—200	300—350	70—300	—	1,5—3.5
Модуль упругости, МПа	98—245	350—700	500—800	800—1 000	1 160—1 450	800—900	470—S50	1 200—3 200	1 200—3 200

Продолжение табл. 9.6

Наименование свойств	Полиамиды			Фенопласты			Полиакрилаты		Отвержденная полиэфирная смола
	П-68	Капрон	Капролон	Волокниты	Гетинакс	Текстолит	Л-1	Органическое стекло (поделочное)	ПН-1	НПС-609-22М
Плотность, кг/м3	1 130—1 150	1150—1 160	1150—1 160	1 350—1 450	1 250—1 400	1 300—1 400	1 200—1 600	1 180	1 250	1 350
Предел прочности, МПа:
при растяжении	40—60	72—88	90—95	30—60	70—100	65—100	42—60	50	40	30
при сжатии	70—100	139—174	100—125	120	160	200—250	84—133	120—160	90	120
при изгибе	70—100	88,5—130	120—150	50—80	80—140	120—160	91—133	70—140	80	60
Относительное удлинение, %	100	—	20	0,4	—	1	5—15	2.5—4,0	3.6	—
Модуль упругости, МПа	1 200—2 000	2700—3 700	2060—2 310	850	6 000—10 000	10 000	2 100—3 500	3 200—4 000	1 400	—