Пластическими массами (сокращенно пластмассами) называются материалы, получаемые из смесей, состоящих большей частью из: 1) органических веществ, называемых связующими веществами, 2) наполнителей, 3) пластификаторов; помимо этого, в смеси часто вводятся и некоторые другие вещества иного назначения. Эти смеси при нагревании становятся достаточно пластичными для того, чтобы им можно было придать давлением форму того или иного изделия, которую изделия сохраняют после охлаждения. Таким образом, пластмассы пластичны только во время формования изделий, а готовые изделия из них большей частью тверды, прочны на разрыв, не пластичны и не обладают значительной эластичностью.
Отдельные составные части смесей для получения пластмасс имеют следующее назначение:
1. Связующее вещество является основной частью пластмассы, связывающей (отсюда возникло и название) все ее составные части в одно целое и придающей ей свойства твердого тела. Связующие являются органическими или элементоорганическими соединениями, обычно— высокомолекулярными. Наибольшее значение из них имеют синтетические смолы; помимо этого, в качестве связующих веществ применяются сложные и простые эфиры целлюлозы, природные смолы (шеллак, канифоль и др.), продукты переработки белка (казеин), нефти (битум, гудрон), угля (пек) и т. д.
Наибольшее количество пластмасс изготовляется из синтетических высокомолекулярных соединений — синтетических смол (90% по весу). Рассмотрением этих пластмасс мы и ограничимся в дальнейшем. Синтетические смолы по их свойствам и условиям переработки в изделия разделяются на две группы:
а) Термопластичные смолы являются полимерами с линейной структурой, находящимися в стеклообразном, реже в кристаллическом, состоянии. При сравнительно небольшом нагревании (обычно до 80—100®, реже до 150—200°) они переходят сперва в высокоэластическое, а затем в вязко-текучее состояние и приобретают пластичность; после охлаждения снова затвердевают, причем подобные переходы из одного состояния в другое можно осуществлять многократно, так как они не сопровождаются какими-либо химическими превращениями. Из многих термопластичных смол изделия изготовляются без добавления пластификаторов, наполнителей и других составных частей смеси. В этом случае понятие «пластмасса» и «синтетическая смола» совпадают между собой.
б) Термореактивные смолы. При их нагревании во время формования изделий происходят химические реакции, которые приводят к «сшиванию» линейных макромолекул и к возникновению сетчатой, а затем и трехмерной структуры полимера; вследствие этого он становится неплавким и не растворимым ни в каких растворителях, а его твердость и механическая прочность почти не изменяются при нагревании, пока не начнется его разложение. Поэтому данный необратимый процесс называется отверждением; для его протекания в смесь иногда необходимо вводить соответствующие реагенты, так называемые отвердители.
2.            Наполнители обычно не обладают пластичностью; при введении в смесь они улучшают те или иные свойства пластмасс: повышают твердость и прочность на разрыв или устойчивость к истиранию или стойкость к действию органических растворителей, кислот и т. д. Кроме того, при их введении уменьшается содержание связующего вещества, обычно наиболее дорогой составной части смеси, и тем самым снижается себестоимость изделий. В качестве наполнителей применяются чаще всего дешевые и доступные продукты. Наполнители вводятся в виде порошков (древесная мука, т. е. мелкоизмельченная древесина, графит, гипс, каолин, кремнезем в виде кварцевой муки и песка, трепела, кизельгура), волокон (асбест, отходы хлопка, стеклянное волокно, кусочки тканей) или слоистых материалов (бумага, древесный шпон, хлопчатобумажные ткани, ткани из стекловолокна).
3.            Пластификаторы — вещества, увеличивающие пластичность смеси и тем облегчающие формование из нее изделий. Повышение пластичности является следствием внедрения небольших молекул пластификатора между цепными молекулами полимера, что приводит к уменьшению межмолекулярных сил притяжения у макромолекул, а следовательно, и к уменьшению вязкости смеси. Пластификаторы представляют собой жидкости с высокой температурой кипения, обычно выше 250°. Чаще всего применяются полные сложные эфиры двухосновных карбоновых кислот.
ROOC(CH2)8COOR (во всех случаях R — С4Н9 или С8Н17), а также полные сложные эфиры фосфорной кислоты, например с крезолом — трикрезилфосфат (RO)3PO(R = СН3СвН4—).
Кроме того, в состав смеси часто вводят:
4.            Красители — органические или неорганические пигменты.
5.            Растворители — ацетон, спирт, бензол, бензин — для снижения вязкости. При формовании они испаряются.
6.            Стабилизаторы — вещества, затрудняющие протекание реакций разложения, окисления, конденсации полимера под действием света, кислорода воздуха и других факторов, приводящих к ухудшению внешнего вида пластмассы, снижению ее прочности и т. д.
Быстрый рост производства пластмасс объясняется их различными ценными свойствами: 1) их удельный вес колеблется от 0,9 до 1,4 г/см3, т. е. они в среднем в 2 раза легче алюминия и в 6,5 раза легче стали, что имеет особенно большое значение для транспорта; поэтому самолеты, автомашины, троллейбусы и другие средства транспорта содержат большое число деталей из пластмасс. Вспениванием смеси за счет выделения из нее газов (Ы2, С02) во время формования изделий получают так называемые пенопласты, напоминающие собой застывшую пену; их удельный вес значительно меньше (до 0,01 г/см8), чем у пробки; столь легкие материалы не могут быть получены из природного сырья; они обладают прекрасными тепло- и звукоизоляционными свойствами и применяются в строительстве, в холодильниках, для изготовления непотопляемых лодок и судов, сидений в автомашинах и т. д.; 2) достаточно высокая механическая прочность позволяет применять их вместо металлов в машиностроении, что приводит к значительному снижению веса деталей машин и, кроме того, экономит дефицитные цветные металлы; особенно высокую прочность, превосходящую прочность стали, имеют так называемые армированные стеклопласты, в основе которых лежит стеклянное волокно, а его нити скреплены термореактивной полиэфирной смолой (см. § 11); из них изготовляют прессованием кузова автомашин, детали самолетов, корпуса моторных лодок и катеров, трубы и т. д.; при изготовлении изделий не производится никакой дополнительной механической обработки и поэтому отсутствуют отходы (в виде стружки); 3) высокая химическая устойчивость к действию морской воды, кислот, щелочей, нефтепродуктов, многих органических растворителей и т. д.; они не подвержены коррозии, как металлы; благодаря этому они нашли себе широкое применение в машиностроении, а также для изготовления аппаратов, насосов, труб, кранов и т. д. в химической и пищевой промышленности, для получения из них тары и упаковочных материалов для пищевых продуктов и т. д.; 4) выдающиеся электроизоляционные свойства делают их незаменимыми материалами в радиотехнике, телевидении и электротехнике для изготовления различных деталей аппаратов и приборов, а также оболочек электрических проводов и кабелей (вместо свинца); 5) красивый внешний вид изделий, не требующих какой-либо отделки после их изготовления, способность окрашиваться во всей массе в процессе производства обусловили их все возрастающее применение для изготовления предметов бытового назначения — посуды, мебели, ламп, сумок, портфелей, обуви, плащей и т. д., а также в строительстве в качестве стенных панелей, линолеума, моющихся обоев и т. д.; 6) простота и быстрота изготовления из них изделий, что обеспечивает высокую производительность труда; пластмассы легко поддаются в случае необходимости механической обработке — резке, сверлению, фрезерованию и т. д.; многие из них хорошо склеиваются с другими материалами, свариваются при незначительном нагревании.
Помимо этого, в развитии их производства большую роль играет то обстоятельство, что сырьевая база для них неограниченна, так как они производятся из доступных и преимущественно дешевых продуктов органического синтеза, а в конечном счете исходным сырьем для них служит нефть, природный газ и уголь.