П. м. с более высокой теплостойкостью (100-130 °С) и менее резким изменением свойств с повышением температуры производят на основе , , , , ,особенно ароматических полиамидов. Быстро расширяется номенклатура изделий, изготавливаемых из поликарбонатов, в том числе наполненных стекловолокном.

  Для деталей, работающих в узлах трения, широко применяются пластики из алифатических полиамидов, наполненных теплопроводящими материалами, например графитом.

  Особенно высоки химическая стойкость, прочность к ударным нагрузкам и диэлектрические свойства пластиков на основе политетрафторэтилена и сополимеров тетрафторэтилена (см. ) .В материалах на основе удачно сочетается износостойкость с морозостойкостью и длительной прочностью в условиях знакопеременных нагрузок. Полиметилметакрилат используют для изготовления оптически прозрачных атмосферостойких материалов (см. также ) .

  Объём производства термопластов с повышенной теплостойкостью и органических стекол составляет около 10% общего объёма всех полимеров, предназначенных для изготовления П. м.

  Отсутствие реакций отверждения во время формования термопластов даёт возможность предельно интенсифицировать процесс переработки. Основные методы формования изделий из термопластов - , , и .Поскольку вязкость расплава высокомолекулярных полимеров велика, формование термопластов на литьевых машинах или экструдерах требует удельных давлений 30-130 Мн/м =(300-1300 кгс/см ²) .

 Дальнейшее развитие производства термопластов направлено на создание материалов из тех же полимеров, но с новыми сочетаниями свойств, применением эластификаторов, порошковых и коротковолокнистых наполнителей.

  Основные виды реактопластов.После окончания формования изделий из реактопластов полимерная фаза приобретает сетчатую (трёхмерную) структуру. Благодаря этому отверждённые реактопласты имеют более высокие, чем термопласты, показатели по твёрдости, модулю упругости, теплостойкости, усталостной прочности, более низкий коэффициент термического расширения; при этом свойства отверждённых реактопластов не столь резко зависят от температуры. Однако неспособность отвержденных реактопластов переходить в вязкотекучее состояние вынуждает проводить синтез полимера в несколько стадий.

  Первую стадию оканчивают получением (смол) - полимеров с молекулярной массой 500-1000. Благодаря низкой вязкости раствора или расплава смолу легко распределить по поверхности частиц наполнителя даже в том случае, когда степень наполнения достигает 80-85% (по массе). После введения всех компонентов текучесть реактопласта остаётся настолько высокой, что изделия из него можно формовать заливкой (литьём), контактным формованием, намоткой. Такие реактопласты называются премиксами в том случае, когда они содержат наполнитель в виде мелких частиц, и препрегами, если наполнителем являются непрерывные волокна, ткань, бумага. Технологическая оснастка для формования изделий из премиксов и препрегов проста и энергетические затраты невелики, но процессы связаны с выдержкой материала в индивидуальных формах для отверждения связующего. Если смола отверждается по реакции поликонденсации, то формование изделий сопровождается сильной усадкой материала и в нём возникают значительные остаточные напряжения, а монолитность, плотность и прочность далеко не достигают предельных значений (за исключением изделий, полученных намоткой с натяжением). Чтобы избежать этих недостатков, в технологии изготовления изделий из смол, отверждающихся по реакции поликонденсации, предусмотрена дополнительная стадия (после смешения компонентов) - предотверждение связующего, осуществляемое при вальцевании или сушке. При этом сокращается длительность последующей выдержки материала в формах и повышается качество изделий, однако заполнение форм из-за понижения текучести связующего становится возможным только при давлениях 25-60 Мн/м ²(250-600 кгс/см ²) .

  Смола в реактопластах может отверждаться самопроизвольно (чем выше температура, тем больше скорость) или с помощью полифункционального низкомолекулярного вещества - отвердителя.

  Реактопласты с любым наполнителем изготавливают, применяя в качестве связующего ,часто эластифицированные поливинилбутиралем (см. ) , ,полиамидами, поливинилхлоридом (такие материалы называют ) ,и ,иногда модифицированные феноло- или анилино-формальдегидными смолами или отверждающимися олигоэфирами.

  Высокопрочные П. м. с термостойкостью до 200 °С производят, сочетая стеклянные волокна или ткани с отверждающимися олигоэфирами, феноло-формальдегидными или эпоксидными смолами. В производстве изделий, длительно работающих при 300 °С, применяют или с кремнийорганическим связующим; при 300-340 °С - в сочетании с кремнезёмными, асбестовыми или углеродными волокнами; при 250-500 °С в воздушной и при 2000-2500 °С в инертной средах - фенопласты или пластики на основе полиамидов, наполненные углеродным волокном и подвергнутые карбонизации (графитации) после формования изделий.

  Высокомодульные П. м. [модуль упругости 250-350 Гн/м ²(25 000-35 000 кгс/мм ²) }производят, сочетая эпоксидные смолы с углеродными, борными или монокристаллическими волокнами (см. также ) .Монолитные и лёгкие П. м., устойчивые к вибрационным и ударным нагрузкам, водостойкие и сохраняющие диэлектрические свойства и герметичность в условиях сложного нагружения, изготавливают, сочетая эпоксидные, полиэфирные или меламино-формальдегидные смолы с синтетическими волокнами или тканями, бумагой из этих волокон.

  Наиболее высокие диэлектрические свойства (диэлектрическая проницаемость 3,5-4,0) характерны для материалов на основе кварцевых волокон и полиэфирных или кремнийорганических связующих.

  Древесно-слоистые пластики широко используют в промышленности стройматериалов и в судостроении.

  Объём производства и структура потребления пластмасс.Пластические материалы на основе природных смол (канифоли, шеллака, битумов и др.) известны с древних времён. Старейшей П. м., приготовленной из искусственного полимера - ,является целлулоид, производство которого было начато в США в 1872. В 1906-10 в России и Германии в опытном производстве налаживается выпуск первых реактопластов - материалов на основе феноло-формальдегидной смолы. В 30-х гг. в СССР, США, Германии и др. промышленно развитых странах организуется производство термопластов - поливинилхлорида, полиметилметакрилата, полиамидов, полистирола. Однако бурное развитие промышленности пластмасс началось только после 2-й мировой войны 1939-45. В 50-х гг. во многих странах начинается выпуск самой крупнотоннажной П. м.- полиэтилена.

  В СССР становление промышленности П. м. как самостоятельной отрасли относится к периоду довоенных пятилеток (1929-40). Производство пластмасс составило (в тыс. т) :в 1940 - 24, в 1950 - 75, в 1960 - 312, в 1970 - 1673, в 1973 - около 2300. Основные предприятия сосредоточены в Европейской части (84% общесоюзного производства П. м.). К их числу относятся орехово-зуевский завод «Карболит», Казанский завод органического синтеза, Полоцкий химический комбинат, Свердловский завод пластмасс, Владимирский химический завод, Горловский химический комбинат, Московский нефтеперерабатывающий завод. В перспективе в связи с созданием крупнейших Томского и Тобольского нефтехимических комплексов на базе Тюменских нефтяных месторождений, развитием Омского нефтехимического комплекса и соответствующих заводов пластмасс около 30% их производства будет приходиться на восточные районы. Основные действующие предприятия в этих районах - кемеровский завод «Карболит», Тюменский завод пластмасс.

  Производство П. м. в 1973 в некоторых капиталистических промышленно развитых странах характеризуется следующими данными (в тыс. т) :США - 13200, Япония - 6500, ФРГ - 6500, Франция - 2500, Италия - 2300, Великобритания - 1900.

  В 1973 мировое производство полимеров для П. м. достигло ~ 43 млн. т.Из них около 75% приходилось на долю термопластов (25% полиэтилена, 20% поливинилхлорида, 14% полистирола и его производных, 16% прочих пластиков). Существует тенденция к дальнейшему увеличению доли термопластов (в основном полиэтилена) в общем производстве П. м.

  Хотя доля термореактивных смол в общем выпуске полимеров для П. м. составляет всего около 25%, фактически объём производства реактопластов выше, чем термопластов, из-за высокой степени наполнения (60-80%) смолы.

  Применение П. м. в различных областях техники характеризуют данные (табл. 2).

  Производство П. м. развивается значительно интенсивнее, чем таких традиционных конструкционных материалов, как чугун и алюминий (табл. 3).

  Потребление П. м. в строительстве непрерывно возрастает. При увеличении мирового производства П. м. в 1960-70 примерно в 4 раза объём их потребления в строительстве возрос в 8 раз. Это обусловлено не только уникальными физико-механическими свойствами полимеров, но также и их ценными архитектурно-строительными характеристиками. Основные преимущества П. м. перед др. строительными материалами - лёгкость и сравнительно большая удельная прочность. Благодаря этому может быть существенно уменьшена масса строительных конструкций, что является важнейшей проблемой современного индустриального строительства. Наиболее широко П. м. (главным образом рулонные и плиточные материалы) используют для покрытия полов и др. отделочных работ (см. также ) ,герметизации, гидро- и теплоизоляции зданий, в производстве труб и санитарно-технического оборудования. Их применяют и в виде стеновых панелей, перегородок, элементов кровельных покрытий (в т. ч. светопрозрачных), оконных переплётов, дверей, пневматических строительных конструкций, домиков для туристов, летних павильонов и др.

  П. м. занимают одно из ведущих мест среди конструкционных материалов машиностроения. Потребление их в этой отрасли становится соизмеримым (в единицах объёма) с потреблением стали. Целесообразность использования П. м. в машиностроении определяется прежде всего возможностью удешевления продукции. При этом улучшаются также важнейшие технико-экономические параметры машин - уменьшается масса, повышаются долговечность, надёжность и др. Из П. м. изготовляют зубчатые и червячные колёса, шкивы, подшипники, ролики, направляющие станков, трубы, болты, гайки, широкий ассортимент технологической оснастки и др.

  Основные достоинства П. м., обусловливающие их широкое применение в авиастроении,- лёгкость, возможность изменять технические свойства в большом диапазоне. За период 1940-70 число авиационных деталей из П. м. увеличилось от 25 до 10 000. Наибольший прогресс в использовании полимеров достигнут при создании лёгких самолётов и вертолётов. Тенденция ко всё более широкому их применению характерна также для производства ракет и космических аппаратов, в которых масса деталей из П. м. может составлять 50% от общей массы аппарата. С использованием реактопластов изготовляют реактивные двигатели, силовые агрегаты самолётов (оперение, крылья, фюзеляж и др.), корпуса ракет, колёса, стойки шасси, несущие винты вертолётов, элементы тепловой защиты, подвесные топливные баки и др. Термопласты применяют в производстве элементов остекления, антенных обтекателей, при декоративной отделке интерьеров самолётов и др., пено- и сотопласты - как заполнители высоконагруженных трёхслойных конструкций.

  Области применения П. м. в судостроении очень разнообразны, а перспективы использования практически неограничены. Их применяют для изготовления корпусов судов и корпусных конструкций (главным образом стеклопластики), в производстве деталей судовых механизмов, приборов, для отделки помещений, их тепло-, звуко- и гидроизоляции.

  В автомобилестроении особенно большую перспективу имеет применение П. м. для изготовления кабин, кузовов и их крупногабаритных деталей, т.к. на долю кузова приходится около половины массы автомобиля и ~ 40% его стоимости. Кузова из П. м. более надёжны и долговечны, чем металлические, а их ремонт дешевле и проще. Однако П. м. не получили ещё большого распространения в производстве крупногабаритных деталей автомобиля, главным образом из-за недостаточной жёсткости и сравнительно невысокой атмосферостойкости. Наиболее широко П. м. применяют для внутренней отделки салона автомобиля. Из них изготовляют также детали двигателя, трансмиссии, шасси. Огромное значение, которое П. м. играют в электротехнике, определяется тем, что они являются основой или обязательным компонентом всех элементов изоляции электрических машин, аппаратов и кабельных изделий. П. м. часто применяют и для защиты изоляции от механических воздействий и агрессивных сред, для изготовления конструкционных материалов и др.

  Тенденция ко всё более широкому применению П. м. (особенно плёночных материалов, см. ) характерна для всех стран с развитым сельским хозяйством. Их используют при строительстве культивационных сооружений, для почвы, ,упаковки и хранения с.-х. продукции и т.д. В мелиорации и с.-х. водоснабжении полимерные плёнки служат экранами, предотвращающими потерю воды на фильтрацию из оросительных каналов и водоёмов; из П. м. изготовляют трубы различного назначения, используют их в строительстве водохозяйственных сооружений и др.

  В медицинской промышленности применение П. м. позволяет осуществлять серийный выпуск инструментов, специальной посуды и различных видов упаковки для лекарств. В хирургии используют пластмассовые клапаны сердца, протезы конечностей, ортопедические вкладки, туторы, стоматологические протезы, хрусталики глаза и др.

  Лит.:Энциклопедия полимеров, т, 1-2, М., 1972-74; Технология пластических масс, под ред. В. В. Коршака, М., 1972; Лосев И. П., Тростянская Е. Б., Химия синтетических полимеров, 3 изд., М., 1971; Пластики конструкционного назначения, под ред. Е. Б. Тростянской, М., 1974.

  Е. Б. Тростянская.

 Табл. 1.-Свойства пластмасс.

  Табл. 2.-Структура потребления пластмасс в различных странах, %от общего потребления*.

 Табл. 3.-Развитие мирового производства пластмасс, чёрных металлов и алюминия, млн. т

Пластичности теория

Пласти'чности тео'рия,раздел механики, в котором изучаются деформации твёрдых тел за пределами упругости. П. т. изучает макроскопические свойства пластических тел и непосредственно не связана с физическим объяснением свойств .П. т. занимается методами определения распределения напряжений и деформаций в пластически деформируемых телах.

  Для определения пластических свойств металлов производятся эксперименты по растяжению - сжатию плоского или цилиндрического образца и деформированию тонкостенной цилиндрической трубки, находящейся под действием растягивающей силы, крутящего момента и внутреннего давления, т. е. эксперименты, позволяющие вести независимый отсчёт усилий и деформаций. Диаграмма зависимости «напряжение - деформация» ( рис. 1 ) характеризует деформацию данного материала. П. т. идеализирует поведение реальных материалов при пластическом деформировании, пользуясь различными гипотезами. Обычно в П. т. диаграмму «напряжение - деформация» апроксимируют схемой ( рис. 2 ), состоящей из двух участков: отрезка прямой OA,соответствующего упругому состоянию материала, и отрезка AC,соответствующего состоянию пластичности.

  При пластическом деформировании напряженное и деформированное состояния материала существенно зависят от истории нагружения. Так, вторичное нагружение образца (после его разгрузки - прямая PM, рис. 1 ) повышает предел упругости материала (точка Мвместо точки А) -т. н. упрочнение или наклёп. Поэтому данному напряжённому состоянию могут соответствовать различные пластические деформации в зависимости от того, какой последовательностью напряжённых состояний оно достигнуто. Определение модели пластического тела состоит в установлении связи между тензорами, определяющими сложное напряжённое и деформированное состояния материалов.

  Одной из наиболее распространённых является теория малых упругопластических деформаций (деформационная теория), которая формулирует соотношения между интенсивностью напряжений

 

и интенсивностью деформаций в той же точке

 

  где s _x,s _y,s _z-нормальные напряжения в координатных площадках, проходящих через данную точку, t _xy,t _yz , t _zx - касательные напряжения, e _x,e _y,e _z-деформации удлинения, g _xy,g _yz,g _zx-деформации сдвига. Для случая, когда интенсивность деформаций в данной точке возрастает, принимается, что величины s _iи e _iсвязаны между собой независимо от вида напряжённого состояния. Деформационная П. т., строго говоря, применима лишь в случае простого нагружения, когда все компоненты напряжённого состояния возрастают пропорционально одному параметру.

  Более общей является теория течения, связывающая приращения деформаций и напряжении с компонентами напряжений.

  П. т. играет большую роль в технике, т.к. тесно связана с важнейшими вопросами проектирования конструкций, исследованием технологических процессов пластического деформирования металлов и т. и. Важные приложения П. т. относятся и к теории устойчивости пластинок и оболочек.

  Лит.:Ильюшин А. А., Пластичность, Основы общей математической теории, М., 1963; Ишлинский А. Ю., Пластичность, в кн.: Механика в СССР за 30 лет, М.-Л., 1950; Качанов Л. М., Основы теории пластичности, М., 1956; Надаи А., Пластичность и разрушение твёрдых тел, пер. с англ., М., 1954; Прагер В., Ходж Ф. Г., Теория идеально пластических тел, пер. с англ., М., 1956.

  А. С. Вольмир.

Рис. 1. Диаграмма зависимости «напряжение - деформация» (s - e) для образца из мягкой малоуглеродистой стали: OA - упругая деформация; точка А - предел упругости (точнее - предел пропорциональности); В - предел текучести; BC - площадка текучести; MP - прямая разгрузки.

Рис. 2. Идеализированные схемы зависимости (s - e): а - идеально-пластический материал; б - материал с линейным упрочнением; в - материал с нелинейным упрочнением.