Природные (искусственные) термопласты

Они представлены целлюлозой – основой клеточных стенок высших растений: в волокнах хлопковых семян ее содержится 95-98%, лубяных (лен, джут) – 60-85%, а тканях древесины – 40-55%. Это жесткоцепной стереорегулярный, кристаллический (40-70%) полимер с температурой стеклования 220^оС и температурой плавления выше температуры разложения. Поэтому применяют методы химической модификации для облегчения ее переработки в волокна и пленки. Простые и сложные эфиры целлюлозы - продукты замещения водородных атомов гидроксильных групп на спиртовые или кислотные остатки: [С₆Н₇О₂(ОН)_3-k(ОR)_k]_n, где k – число замещенных групп в одном звене. Они и используются в производстве пластмасс, пленок, волокон, лаков. Этролы – это термопласты из эфиров целлюлозы, содержащие до 60% пластификаторов (фталаты, себацинаты, фосфаты, адипинаты и ПВХ), до 50% минеральных наполнителей (каолин, тальк) и по 0,25-0,5% антиоксидантов, светостабилизаторов и красителей. Эфироцеллюлозные пленки применяют для изоляции проводов и упаковки пищевых продуктов, косметики и лекарственных товаров, металлизированные - для изготовления украшений и канцелярских товаров, а пористые – в качестве разделительных мембран. Гидратцеллюлозные пленки (целлофан) из щелочных растворов ксантогената целлюлозы (вискозы) поддаются лакированию и дублированию с пленками из полиэтилена и других полимеров и используются как упаковочный материал. Ацетатные волокна формуют из растворов ацетатов целлюлозы в метиленхлориде для изготовления трикотажных изделий. Вискозные волокна из прядильного раствора (вискозы) используют в производстве шин и РТИ. Полинозные волокна (разновидность вискозных волокон) - близки к хлопковым волокнам по наличию пустот, фибриллярности структуры и свойствам, применяются для изготовления широкого ассортимента тонких тканей взамен тонковолокнистого хлопка, а также технических тканей различного назначения.

Реактопласты

Реактопласты перерабатывают в изделия путём сочетания физических процессов формования с химическими реакциями отверждения, а неспособность их к обратному переходу в вязкотекучее состояние обуславливает стадийность этого процесса. Сначала получают олигомеры с ММ 500-1000, а из них - полимерные компаунды с 80-85% наполнителя, пригодные для формования изделий методами заливки или намотки. Премиксы содержат 20-30% полиэфирной смолы, до 80% наполнителя в виде мелких частиц, до 3% смазывающих веществ (стеариновая кислота, стеараты кальция, алюминия или цинка) и до 4% красителя и применяются для формования конструкционных и электротехнических изделий. Компоненты премикса перемешивают в лопастных или шнековых смесителях, а прочность изделий повышают введением 5-30% рубленых волокон в конце процесса смешения, чтобы предотвратить их механическое разрушение. Препреги отличаются от премиксов тем, что содержат наполнитель в виде непрерывных волокон, ткани или бумаги, а применяются для изготовления простых крупногабаритных изделий.

Производство изделий из реактопластов связано с длительной выдержкой в формах для отверждения связующего. Поэтому после смешения компонентов проводят предотверждение олигомера, сокращающее длительность выдержки материала, но для заполнения формы из-за снижения текучести связующего требуется высокое давление (25-60 МПа). Олигомеры отверждаются по механизму поликонденсации или полимеризации. При отверждении полимерная фаза приобретает трехмерную структуру с высокой плотностью сетки, которая придаёт им более высокие твёрдость, модуль упругости, теплостойкость, усталостную прочность и более низкий коэффициент температурного расширения по сравнению с термопластами. Высокопрочные пластики с термостойкостью до 200^оС производят из отверждающихся олигоэфиров, фенолоальдегидных или эпоксидных смол со стеклянными волокнами или тканями. Изделия, длительно работающие при 300^оС, производят из стекло- или асбопластиков с кремнийорганическим связующим, а при 300-340^оС – из полиимидов с кремнезёмным, асбестовым или углеродным волокном. Изделия, работающие при 350-500^оС в воздушной среде и при 2000-2500^оС в инертных средах, производят из фенопластов или пластиков на основе полиимидов с углеродным волокном, подвергнутых после формования карбонизации (графитизации). Высокие диэлектрические свойства характерны для материалов на основе полиэфирных или кремнийорганических связующих и кремнезёмных или кварцевых волокон.

Таблица 2.1.

Примерные рецепты резольного волокнита (%)

Смеси полимеров

Широко применяются микрогетерогенные системы, представляющие собой дисперсии одного компонента в среде другого. При этом полимер, образующий непрерывную структуру, является дисперсионной средой, а диспергированный в нём - дисперсной фазой. Свойства смесей не всегда аддитивны (пропорциональны) соотношению полимеров. Например, из смесей полярных и неполярных каучуков можно получать резины, сочетающие маслобензостойкость с повышенной морозостойкостью. Для улучшения качества совмещения эластомера и пластика желательно проводить смешение при температуре выше Т_пл пластика или совместной коагуляцией их латексов. Наибольшее применение в неполярных каучуках находят полиэтилен, полистирол, бутадиен-стирольные смолы, а в полярных - ПВХ, феноло-, анилино- и мочевиноформальдегидные смолы. Полиэтилен высокой плотности улучшает прочностные свойства резин на основе некристаллизующихся каучуков и может являться их эффективным усилителем в цветных резинах, содержащих малоактивные или инертные наполнители (мел, каолин и др.).

Контрольные вопросы к главе 1

1. Классификация полимеров по химическому строению макромолекулы и её основной цепи, по количеству и чередованию повторяющихся звеньев.

2. Показатели оценки уровня межмолекулярного взаимодействия в полимерах. Классификация полимеров по уровню межмолекулярного взаимодействия и по обратимости их вязкотекучего состояния при нагреве.

3. Приведите примеры влияния конфигурационной изомерии звеньев на структуру макромолекул и свойства полидиенов. Как влияет структура звена на возможное количество стереорегулярных изомеров?

4. Понятие степени стереорегулярности. Как она влияет на свойства полидиенов? Какая структура макромолекул характерна для эластомеров?

5. Классификация эластомеров по назначению. Получение, структура и свойства каучуков общего назначения.

6. Получение, структура, свойства и применение бутадиен-нитрильных и акрилатных сополимеров.

7. Получение, свойства и применение полисульфидных и эпихлоргидри-новых каучуков и хлорсульфированного полиэтилена.

8. Получение, свойства и применение хлоропреновых каучуков серного и бессерного регулирования.

9. Получение, свойства и применение эмульсионных сополимеров с карбоксильными, сложноэфирными и винилпиридиновыми группами.

10. Получение, свойства и применение этиленпропиленовых и бутилкаучуков.

11. Получение, структура, свойства и применение силоксановых каучуков и фторкаучуков.

12. Получение, свойства и применение уретановых каучуков.

13. Понятие о резиновой смеси и её рецепте. Смеси полимеров. Классификация ингредиентов. Сера и доноры серы. Классификация ускорителей вулканизации.

14. Особенности действия и применение тиазолов, сульфенамидных ускорителей, гуанидинов, ксантогенатов и производных тиомочевины. Замедлители подвулканизации.

15. Бессерные способы вулканизации каучуков – пероксидами, радиационная, алкилфеноло-формальдегидными смолами, п-хинондиоксимом.

16. Классификация противостарителей по механизму их действия и по влиянию на окраску резины. Причины синергического эффекта от применения их комбинаций.

17. Классификация пластификаторов по влиянию на процесс смешения и на свойства резин. Классификация пластификаторов по происхождению.

18. Классификация наполнителей. Усиление эластомеров техуглеродом. Неорганические наполнители. Красящие вещества.

19. Перечислите основных представителей карбоцепных термопластов –полиолефиновых, полигалогенолефиновых и поливиниловых.

20. Получение, свойства и применение полиэтилена высокого давления, полиэтилена высокой плотности, полипропилена, политетрафторэтилена и политрифторхлорэтилена.

21. Свойства, переработка и области применения винипласта и пластиката поливинилхлорида, хлорированного гомополимера и сополимеров винилхлорида. Полимер и сополимеры винилиденхлорида.

22. Получение, свойства и области применения поливинилацетата, поливинилспиртовых волокон и полиметилметакрилата.

23. Получение, свойства и области применения полимеров и сополимеров стирола и акрилонитрила. Ударопрочный полистирол и АБС-пластики.

24. Классификация гетероцепных термопластов. Особенности свойств полиэфиров - полиарилатов и полиариленсульфонов.

25. Получение, свойства и области применения полиамидов и полиуретанов.

26. Свойства и области применения полиэтилентерефталата, продуктов его химической модификации и поликарбонатов.

27. Получение, свойства и области применения целлюлозы, этролов, плёнок и волокон из целлюлозы.

28. Особенности переработки реактопластов. Олигомеры и полимерные компаунды. Премиксы и препреги. Свойства изделий из реактопластов.

29. Формы применения реактопластов. Состав пресспорошков и волокнитов.