Пластмассы на основе термореактивных полимеров

Термореактивные полимеры получают методами поликонденсации или ступенчатой полимеризации. Они не могут переходить в пластическое состояние при повышенной температуре. Термореактивные полимеры имеют пространственную структуру. К ним относят фенолформальдегидные, карбамидные, полиэфирные, эпоксидные, фурановые смолы. Из них изготавливают пластмассы методом горячего формования и прессования.

Фенолформальдегидный полимер получают методом поликонденсации из 100 в.ч. предварительно расплавленного острым водяным паром фенола и 30 в.ч. формальдегида. В качестве катали-затора применяют щелочи, например, 6 в.ч. аммиака в виде 25 %-го водного раствора. Фенол С₆Н₅ОН получают из каменноугольного дегтя или хлорированием бензола.

Формальдегид СН₂О представляет собой газ с температурой кипения -19,2 °С, растворимый в воде. Его получают, например, окислением метана. В реактор при температуре не более 35…40 °С загружают сначала фенол, который тщательно перемешивают, затем формальдегид и катализатор. Смесь в течение 20 мин нагревают до 60…65 °С путем подачи пара в паровую рубашку под давлением 0,15 МПа при работающей мешалке и включенном обратном холодильнике. За счет тепла реакции смесь постепенно нагревают до 90…98 °С. Реакция поликонденсации обычно завершается за 25…60 мин, что замечают по помутнению реагирующей смеси. Затем проводят сушку полимера в вакууме. При отверждении он обладает повышенной водо- и химической стойкостью. Плотность – 1,25-1,38 г/см³, теплостойкость 70…150 °С, прочность при изгибе составляет 50…100 МПа.

Жидкие фенолформальдегидные полимеры (резольные олигомеры) применяют для производства стеклопластиков, ДСП, изделий из минеральной ваты, пенопластов, плиток для полов, для склеивания строительных конструкций. Фенолальдегидные олигомеры токсичны, при их переработке могут выделяться фенол, крезол, анилин, формальдегид, а поэтому работу с фенолальдегидными полимерами следует проводить в помещениях, снабженных вентиляцией.

На основе жидкого резольного фенолформальдегидного полимера изготавливают пенопласты вспениванием полимерной жидкой композиции газами, выделяющимися при взаимодействии компонентов, или парами легкокипящих жидкостей с последующим отверждением при помощи отвердителей во вспененном состоянии. В качестве вспенивающего и отверждающего агента применяют продукт, например, ВАГ-1 - гомогенную смесь соляной, ортофосфорной кислот с мочевиной в соотношении 2:1:1. Технологический процесс получения пенопластов состоит в механическом смешивании при нормальной температуре соответствующих компонентов полимера и вспенивающего агента, заливке полученной композиции в полость формы.

Сырьем для производства фурановой смолы является альдегид фурфурол, получаемый из сырья растительного происхождения, содержащего полисахариды – пентозаны. Фурфурол – бесцветная жидкость плотностью 1,159 г/см³. Температура плавления 36,5 °С. Тем-пература кипения 162 °С. Растворимость фурфурола в воде 5,9…8,3 %. В технологии полимербетонов чаще всего применяют фур-фуролацетоновый мономер ФА и ФАМ.

Производство полимербетонов включает следующие техно-логические операции: подготовку заполнителей, смол и отвердителей, приготовление полимерного вяжущего, виброформование изделий, твердение полимербетонных изделий.

Удобоформуемые полимербетонные смеси имеют подвижность 15…150 с. Подвижность определяют временем, необходимым для превращения структуры бетона в слитную. Полимербетонные смеси эффективно уплотняются вибрацией с повышенной амплитудой 3 мм и длительностью 2…3 мин. Целесообразно применение пригруза, обеспечивающего давление 0,05…0,15 МПа.

При комнатной температуре твердение полимербетона затягивается на 50…60 суток, но основная доля прочности нарастает за первые 7…10 суток. Рост прочности фуранового полимербетона на основе ФАМ при 20 °С происходит в основном в течение 20…25 суток, а при 30…35 °С – в 2 раза быстрее. Для ускорения твердения применяют термообработку изделий. Температура разогрева полимербетонной смеси при твердении поднимается до 45…50 °С. Максимальный прирост прочности наблюдается через 20…30 мин после внесения катализатора. Затем в течение 2…3 часов происходит спад температуры, что свидетельствует о завершении в основном химического превращения смолы.

Начальное отверждение рекомендуется производить с использованием подогрева при 30…45 °С. Крупногабаритные изделия нагреваются за счет экзотермии до 60…70 °С. Для полимербетона ФАМ назначается температура прогрева 60…70 °С. Длительность изотер-мического прогрева может быть ограничена 6…10 ч. Снижать температуру надо очень медленно, со скоростью 1 град/мин. Охлаждают изделия 2…3 ч. Термообработку проводят в камерах сухого прогрева с использованием электронагревателей, паровых регистров.

Органическое стекло представляет собой прозрачную стекловидную пластмассу, изготовленную из высокомолекулярных сложных эфиров метакриловой кислоты.

Акриловое оргстекло более долговечно, чем поликарбонат, абсолютно устойчиво к ультрафиолетовому облучению, легко формуется в изделия сложной конфигурации. Белое оргстекло применяют для изготовления ванн и раковин. Выпускается строительное конструкционное стекло с красителями любого цвета, его рекомендуется использовать для остекления зимних садов, витражей, ограждений, купольных сводов, бассейнов, беседок, дверей, козырьков. Разработано и выпускается самозатухающее трудновоспламеняемое оргстекло с температурой эксплуатации -50…+70 °С, с гарантией атмосферо-стойкости в течение 10…12 лет во всех климатических зонах.

Полиэфирные стеклопластики производятся на основе двух главных компонентов: смолы и стеклянных волокон. Стеклопластик – композиционный материал, с присущими только ему свойствами. Ни стеклянное волокно, ни отвержденная смола в отдельности не могут удовлетворить требованиям, которым отвечают стеклопластики.

Полиэфирные смолы состоят из раствора линейного полиэфира в мономере типа стирола. В процессе сополимеризации полиэфира со стиролом в присутствии инициатора полимеризации смола переходит в твердую массу. Для отверждения смолы при комнатной температуре добавляют ускоритель. Наиболее эффективный ускоритель полиэфирных смол – нафтанат кобальта и третичные амины. Концентрация ускорителя составляет 1…4 % от массы смолы. Рабочая жизнеспособность смолы, в которую введен инициатор полимеризации для горячего отверждения, при комнатной температуре может составлять неделю, а при температуре свыше 95…105 °С отверждение происходит всего за несколько минут. Чем выше температура, тем короче время отверждения. Отверждение крупногабаритных элементов происходит быстрее, чем тонкостенных, так как реакция отверждения имеет экзотермический характер.

Стеклоарматура, используемая в производстве стеклопластиков, состоит из очень тонких волокон, соединенных вместе в виде пучков, матов или тканей. Алюмоборатное стекловолокно с низким содержанием оксидов натрия отличается высокой атмосферо-стойкостью и высокой прочностью. Силикатное щелочное стекло имеет более высокую стойкость к действию кислот. Для полиэфирных стеклопластиков предпочтительнее алюмоборатное стекло.Стеклянную ровницу или жгут получают из прядей без кручения волокон.

Ровница – наиболее дешевый армирующий стекловолокнистый материал. С целью улучшения адгезии между смолой и стекловолокном волокна обрабатывают специальными препаратами – аппретами, на основе хрома или силанов. Ткани получают переплетением нитей из крученых волокон. Тканую ровницу изготавливают простым переплетением некрученных ровниц. Использование ткани и тканевой ровницы позволяет получить стеклопластик с высоким содержанием стеклоткани, что обеспечивает высокую прочность. Прочность стеклопластиков при изгибе в зависимости от типа и содержания наполнителя варьируется в пределах 175…415 Н/мм². Теплопроводность зависит от рецептуры и находится в интервале от 0,25 до 1,0 Вт/мК. Стеклопластики используются в строительстве для изготовления тонких стен, работающих по типу мембран.

Для стеклопластиков, как и для большей части пластмасс, свойственны ползучесть и снижение прочности при воздействии длительных нагрузок. При более высокой температуре наблюдается более интенсивная ползучесть. В водной среде ползучесть тоже нарастает. Ползучесть стеклопластиков на стеклоткани ниже, чем в случае применения рубленых прядей