Полимерами называют высокомолекулярные вещества, состоящие из огромных молекул (макромолекул), образующихся из многократно повторяющихся звеньев (цепей) мономера. Молекулярная масса полимеров составляет от нескольких тысяч до нескольких миллионов единиц.

Если макромолекулы высокомолекулярных соединений состоят из нескольких видов повторяющихся звеньев, то их называют сополимерами. Полимер, у которого макромолекулы состоят из разнородных относительно крупных звеньев (осколков макромолекул), называется блоксополимером. Значительный интерес представляют так называемые привитые сополимеры, к макромолекулам которых «прививаются» боковые отростки молекул другого вещества. Благодаря этому можно получать материалы с новыми, заранее заданными свойствами.

В зависимости от химического состава полимеры делятся на органические, элементоорганические и неорганические, а в зависимости от происхождения или способа получения — на природные, искусственные и синтетические.

В настоящее время при производстве пластмасс наиболее часто используются синтетические полимеры (смолы) и значительно реже искусственные (эфиры, целлюлозы) и природные полимеры (каучук, асфальты и канифоль).

Пластмассы обладают самыми разнообразными свойствами. Механическая прочность отдельных видов пластмасс превышает прочность дерева, металла и керамики, в то же время они значительно легче этих материалов. Пластические массы могут быть не только твердыми, но и эластичными, как каучук, они отличаются высокими диэлектрическими свойствами и без труда подвергаются переработке в готовые изделия самых различных и сложных форм: легко прессуются, отливаются, шлифуются, полируются, вытягиваются в нити и пленки.

Эти замечательные качества пластических масс обеспечили им широчайшее распространение в технике при изготовлении деталей машин, приборов, в производстве летательных аппаратов, автомобилей, вагонов, судов и т. п., в медицине, быту и сельском хозяйстве. Трудно назвать отрасль народного хозяйства, в которой бы не нашли применения пластические массы. Пластические массы в зависимости от химической природы и (способа синтеза полимеров делятся на четыре группы:

1. Пластмассы на основе высокомолекулярных соединений, полученных цепной полимеризацией. К ним относятся пластмассы на основе полимеров этилена, винилового спирта и их производных.
2. Пластмассы на основе высокомолекулярных соединений, полученных поликонденсацией. К этой группе относятся пластмассы на основе фенолоальдегидных (фенопласты), аминоформальдегидных смол (аминопласты) и др.
3. Пластмассы, содержащие природные полимеры. К ним относятся простые и сложные эфиры целлюлозы (целлулоид, этролы), белковые вещества (галалит) и др.
4. Пластмассы на основе природных и нефтяных асфальтов, а также на основе смол.

Кроме того, в промышленности получают пластмассы смешанного типа, которые содержат смолы различных классов; при этом получают материалы, обладающие разнообразными свойствами.

В зависимости от типа полимеров, входящих в состав пластических масс, различают термопластичные пластмассы (термопласты) и термореактивные пластмассы.

За последние 20—30 лет активно развивались композиционные материалы на основе полимерных волокон. Они обладают уникальными свойствами: с одной стороны, выдерживают значительные статические нагрузки, а с другой — имеют высокую вязкость разрушения, то есть при ударе изделия из них не разлетаются вдребезги. Современная авиация, ракетно-космическая техника, судостроение немыслимы без полимерных композитов (армированных пластиков). Например, знаменитая ракета «Тополь-М» сделана из композитов. Даже твердое топливо для ракет — тоже полимерный композиционный материал.

Конструкционные пластмассы в строительстве применяют в составе элементов несущих и ограждающих конструкций сравнительно недавно. К ним относятся:

? стеклопластики;
? пенопласты;
? оргстекло;
? винипласт;
? воздухо- и водонепроницаемые ткани и пленки;
? древесные пластики.

Стеклопластики – это листовой материал из стеклянных волокон или тканей, связанных синтетической смолой.
Стеклянные волокна (наполнитель) служат армирующими элементами: они воспринимают основные нагрузки при работе материалов конструкций. Смола не только связывает стеклянные волокна, но и распределяет усилия между ними, защищает материал от внешних воздействий.

Использование стеклопластиков началось еще во время Второй мировой войны, когда из них стали делать планеры, а затем и корпуса для минных тральщиков, но массовое внедрение композитов не только в военную, но и в гражданскую технику произошло в последнюю четверть минувшего века. Отчасти это связано с тем, что новые материалы требуют и нового конструкторского мышления, поскольку композит формируется сразу в процессе изготовления детали.

Пенопласты – это ячеистые газонаполненные конструкционные пластмассы. Они представляют собой нетвердую пену, состоящую из массы замкнутых ячеек, заполненных воздухом или безвредным газом. Пенопласты образуются путем горячего вспенивания термопластичных смол или введением отвердителей и пенообразователей в состав термореактивных смол в процессе их твердения.

Древесные пластики – материалы, полученные соединением продуктов переработки натуральной древесины синтетическими смолами. Древеснослоистые пластики – листы или плиты, изготовленные из тонкого лущеного шпона, пропитанного и склеенного формальдегидными полимерами термореактивного типа при высокой температуре и под большим давлением.

Надо сказать, что в природе все конструкционные материалы, и жесткие и мягкие, построены по композиционному принципу. В качестве примера можно привести древесину, в которой волокна натурального полимера — целлюлозы склеены лигнином.

Одно из главных направлений дальнейшего развития — создание градиентных материалов, свойства которых изменяются от точки к точке. И здесь опять подсказку нам дает природа. Возьмем, например, иглу дикобраза или шип розы. Они «сделаны» из природных органических полимеров, то есть, по сути, из мягких материалов, но при этом благодаря неоднородной структуре не сминаются и обладают удивительной прочностью. Сейчас многие научные коллективы, в том числе и в Институте химической физики РАН, ведут работы по созданию пластичных неорганических материалов, которые легко поддавались бы переработке и не были хрупкими. Думаю, что лет через двадцать неорганические полимеры и неорганически-органические композиты смогут заменить многие строительные, конструкционные и другие материалы, получат дальнейшее развитие так называемые смарт-материалы, или, если перевести этот термин с английского, «умные» материалы которые способны изменять свои свойства в зависимости от внешних условий. В авиастроении такие материалы уже есть, но пока их мало и они не очень распространены.

На сегодняшний день почти все органические полимеры производят из нефти или, в небольших количествах, из газа. Запасы и того и другого не безграничны. Поэтому одна из основных задач, которую предстоит решить ученым в последующие 20—30 лет, — переход на получение полимерных материалов из возобновляемого сырья. Таким сырьем могут служить целлюлоза и хитин, но их переработка — экологически грязное производство. Можно надеяться, что в недалеком будущем появятся чистые технологии переработки; научный задел в этой области уже есть.

Применение неметаллических материалов обеспечивает значительную экономическую эффективность; коэффициент использования пластмасс, полимеров и стеклопластиков достигает 0,9—0,95, так как оформление изделий из них осуществляется пластическими методами с небольшими отходами. Пластмассы, полимеры и стеклопластики обеспечивают меньшую (в 5—6 раз) трудоемкость и более низкую себестоимость изделий по сравнению с металлами.