НАРОДНОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ
Пластические массы, используемые для изготовления товаров, обладают различными потребительскими свойствами, зависящими от химического строения основного компонента пластмасс - полимерного связующего, а также от вида и количества добавок, вводимых в ту или иную композицию.
Как указывалось ранее, в зависимости от характера процессов, протекающих при формовании изделий, пластические массы делят на термопластичные и термореактивные.
Наиболее широкое применение находят в настоящее время термопластичные материалы, отличающиеся способностью перерабатываться в изделия различными наиболее экономичными методами и сохраняющие способность к повторным переработкам. Среди термопластов наиболее широкое применение нашли материалы на основе полиолефинов, поливинилхлорида, полистирола, полиамидов, полиакрилатов. Эти материалы используются как в виде гомополимеров, так и в виде композиций, наполненных минеральными порошкообразными веществами или короткими стеклянными, углеродными или органическими синтетическими волокнами.
Одним из крупнотоннажных материалов являются полиоле-фины, к которым относятся полиэтилен, пропилен, полиизобу-тилен.
Полиэтилен - полимер общей формулы [ — СН2 -— СН2 — ]я представляет собой бесцветный кристаллический (55-85%) полужесткий или достаточно жесткий материал, характеризующийся высокой деформативной способностью (до нескольких сотен процентов), прочностью (10-30 МПа), хорошей морозостойкостью (до -60.. .-70 °С). Полиэтилен характеризуется высокой химической стойкостью: не растворяется в кислотах и щелочах, органических растворителях (до температуры 70 °С), стабилен при контакте с водой и маслами. Полимер не имеет характерного запаха и вкуса. 396
В зависимости от способа получения различают полиэтилен высокого (ПЭВД) и низкого (ПЭНД) давления, несмотря на общий химический состав и строение, отличающиеся друг от друга целым рядом свойств.
ПЭВД, имеющий, как правило, более низкую молекулярную массу, более низкую степень кристалличности, а также большую степень разветвленности макромолекул по сравнению с полиэтиленом низкого давления, характеризуется меньшей теплостойкостью (Гпл= 105-110 °С), более низкой плотностью (р = 910-911 кг/м3) и меньшей жесткостью.
ПЭНД имеет более высокую теплостойкость (Тпл= 120-130 °С), большие жесткость и прочность (до 30 МПа). Однако вследствие возможного наличия в материале следов катализаторов полиэтилен низкого давления не допускается для изготовления детских игрушек, а также изделий, контактирующих с пищевыми продуктами. ПЭВД широко применяется для изготовления посуды и детских игрушек, пленок, труб и соединительных деталей к ним, сани-тарно-технических изделий, различных емкостей, изоляции для проводов и кабелей, клеенок, волокон для технических целей.
Полипропилен - линейный кристаллический полимер (степень кристалличности -15%) общей формулы
по своим свойствам напоминает полиэтилен, но имеет меньшую плотность (900-910 кг/м3), отличается большей теплостойкостью (Т = 160-170 °С), но характеризуется меньшей морозостойкостью (температура хрупкости -5...-15 °С). Полипропилен имеет большую жесткость, чем полиэтилен, а получаемые из него пленки более прочные и более прозрачные. Достаточно высокая теплостойкость полипропилена позволяет подвергать изделия из него стерилизации. Однако, к сожалению, полипропилен и изделия из него отличаются низкой стабильностью к действию ультрафиолетовых лучей, одного из основных компонентов солнечного света, подвергаясь фотоокислительной деструкции под действием све-топогоды.
Глава 7
Пластические массы и изделия на их основе
Применяют полипропилен для изготовления хозяйственных и галантерейных товаров, игрушек, упаковочной тары для сыпучих товаров и жидких сред, деталей приборов и машин, труб, пленок, волокон и нитей.
Входящий в группу полиолефинов полиизобутилен представляет собой каучукообразный аморфный полимер общей формулы
Материал характеризуется высокой морозостойкостью, сохраняя свои высокоэластические свойства в диапазоне температур от +60 до -60 °С. Материал применяется в качестве электроизоляционных и антикоррозионных покрытий, для пропитки (прорезинивания) тканей, в качестве уплотнительного материала, а также для изготовления клеев, дающих эластичные швы.
Поливинилхлорид наряду с полиэтиленом относится к одному из самых крупнотоннажных полимеров.
Получается поливинил хлорид полимеризацией хлористого винила. Поливинилхлорид представляет собой аморфный полимер общей формулы
[-СН2 — СНС1 —]„,
характеризующийся достаточно высокой плотностью (1400 кг/м3) и хорошей химической стойкостью к действию кислот, щелочей, большого числа органических растворителей, жиров, нефтепродуктов и воды.
На основе поливинилхлорида получают жесткие и мягкие пластики. Жесткие поливинилхлоридные пластики, называемые винипластами, характеризуются низкой теплостойкостью (температура их размягчения - 65-70 °С), а при температуре выше 140 °С начинают разлагаться с выделением хлористого водорода.
Материал характеризуется высокой жесткостью, достаточной прочностью и устойчивостью к истиранию. Из винипласта изготавливают сантехническое оборудование, тару, галантерейные товары, водосточные и канализационные трубы. Широкое применение находит винипласт в электротехнике, а также, благодаря своей высокой химической стойкости, для облицовки химической аппаратуры.
Мягкий Поливинилхлорид, называемый пластикатом, представляет собой композиции на основе поливинилхлорида с добавкой пластификаторов (дибутилфталата, диоктилсебацината и др.), а также наполнителей, стабилизаторов, красителей и других компонентов. В зависимости от вида и количества введенного пластификатора морозостойкость изделий из пластиката колеблется от -15 до -60 °С. В области температур выше температур стеклования пластикат представляет собой эластичный, гибкий, легко склеивающийся и сваривающийся материал. Из пластиката изготавливают линолеум, гибкие трубы и шланги, летнюю обувь, галантерейные товары, изоляцию для проводников, клеящие ленты, пленки, используемые для упаковки, изготовления плащей, книжных переплетов, а также пасты для получения искусственных кож, клеенок, самоклеящихся обоев.
Полистирольные пластики представляют собой особую труппу полимеров аморфного строения, получаемых полимеризацией стирола с другими мономерами. Обычно в число полистирольных пластиков включают полистирол общего назначения, ударопрочный стирол, пенополистирол и ряд сополимеров стирола.
Собственно полистирол, называемый полистиролом общего назначения, представляет собой получаемый полимеризацией стирола полимер общего строения
6 5
Это прозрачный, достаточно хрупкий полимер, обладающий невысокой теплостойкостью (температура стеклования 85-90 °С), что ограничивает температурную область его использования в пределах 80 °С. Материал характеризуется высокими диэлектрическими свойствами, что обеспечивает ему широкое применение в радиотехнике в виде конденсаторных пленок - стирофлекса. Возможность и легкость переработки полистирола различными способами обеспечивает его широкое применение для изготовления бытовых и галантерейных изделий (вазы, шкатулки, пуговицы, гребни), лабораторной химической посуды, упаковочной тары, осветительной арматуры и др.
Глава 7
Пластические массы и изделия на их основе
С целью устранения такого недостатка полистирола, как хрупкость, в последние годы был синтезирован ряд сополимеров стирола, характеризующихся высокой устойчивостью к ударным нагрузкам. Особенно большое значение имеют ударопрочные поли-стироды, представляющие собой сополимеры стирола и бутадиена, а также сополимеры стирола с акрил онитрилом (САН), тройной сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола (АБС-пластик). Все эти материалы, получаемые методами суспензионной или блочной полимеризации, отличаются значительно более высокой, чем у полистирола общего назначения, стойкостью к ударным нагрузкам (для некоторых марок сополимеров даже в несколько десятков раз). Более высокие прочностные свойства, хорошая деформативная стойкость, а также исключительная стойкость к ударным нагрузкам сополимеров стирола существенно расширили области применения полистирольных пластиков.
Из сополимеров стирола изготавливают корпуса приборов, радио-, фото-, электроаппаратуры, детали автомобилей (подфарники, козырьки, шкалы, указатели, приборные щитки), галантерейные товары, детали санитарно-технического оборудования и мебели, упаковку. При этом упаковка, изготовленная из ряда марок полистирольных пластиков (с минимальным содержанием стирола), допускается для упаковки пищевых продуктов.
Пенополистиролы находят широкое применение в качестве зву-ко- и теплоизоляционных материалов при изготовлении холодильников, в капитальном строительстве, судостроении и авиатехнике.
Полиакрилаты представляют собой полимеры и сополимеры акриловой и метакриловой кислот или их производных, имеющие линейное строение макромолекул с боковыми ответвлениями. Среди акрилатов наиболее широкое применение находят полиметил-метакрилат и полиакрилонитрил.
Полиметилметакрилат, цепь которого имеет строение:
Материал является типичным аморфным полимером с температурой размягчения 105-110 °С и отличается достаточно высокой прочностью и высокой прозрачностью.
Полиметилметакрилат, часто называемый за свою высокую прозрачность органическим стеклом или плексигласом, отличается способностью хорошо пропускать ультрафиолетовые лучи: до 75% от падающего количества УФ-излучения (для сравнения: обычное силикатное стекло пропускает 0,5-1% падающего ультрафиолетового излучения). Материал легко перерабатывается методами вакуумного и пневматического формования, не поглощает влагу, устойчив к действию ряда растворителей.
Широко применяется для остекления самолетов и автомобилей, изготовления часовых стекол, хозяйственных и галантерейных изделий, в качестве имитатора хрусталя. Благодаря физиологической безвредности и устойчивости к действию влаги, кислотной и щелочной сред используется для изготовления зубных протезов и медицинского оборудования.
Полиакрилонитрил представляет собой труднокристаллизирующийся линейный полимер [ — СН2 — СН — ]n белого цвета.
Материал термостоек: температура размягчения полимера -220-230 °С. Вместе с тем в этой области температур начинает протекать процесс деструкции полимера, в связи с этим процесс получения изделий из полиакрилонитрила производится не из расплава, а из раствора диметилформамиде. Основная часть полиакрилонитрила используется для получения шерстеподобного несминаемого волокна - нитрона.
Полиамиды представляют собой класс гетероцепных линейных полимеров, в основной цепи которых имеется амидная связь
Получают полиамиды преимущественно реакцией поликонденсации полифункциональных соединений: диаминов и дикарбоно-вых кислот, аминокарбоновых кислот или их эфиров.
Полиамиды являются твердыми, рогообразными, преимущественно кристаллическими продуктами, с температурой плавления,
Глава 7
Пластические массы и изделия на
их основе
превышающей в большинстве случаев 200 °С. Полиамиды сравнительно устойчивы к действию воды, хотя и способны ее поглощать в количестве до 10%. Материалы обладают низким коэффициентом трения, что способствует их применению в узлах трения.
К недостаткам полиамидов следует отнести их сравнительно низкую устойчивость к термо- и фотоокислению, вызывающим разрушение амидных связей макромолекул, что приводит к снижению прочности и эластичности материала, появлению хрупкости, а также ухудшению диэлектрических свойств за счет большего влагопоглощения.
Из ненаполненных и наполненных полиамидов изготавливаются товары хозяйственного назначения (оконные петли, воронки, вешалки), сантехнические изделия, галантерейные изделия (застежки-молнии, пуговицы, одежные кнопки). Полиамиды используются для изготовления труб, изоляционной оболочки кабелей, бесшумных шестеренок, деталей узлов трения. Способность полиамидов к вытягиванию в нити с получением ориентированных систем высокой прочности позволяет получать из них синтетические волокна (капрон, нейлон, анид), используемые для производства тканей, трикотажных и нетканых полотен, шнуров, канатов, рыболовных сетей и т. д.
Полиэфиры, являющиеся по своей химической природе сложными эфирами, получают реакцией поликонденсации многоатомных спиртов и многоосновных кислот или их ангидридов.
Наиболее важными представителями этого класса пластмасс являются полиэтилентерефталат и поликарбонат - термопластичные полиэфиры линейного строения, получаемые из двухатомных кислот и двухатомных спиртов и фенолов.
Материал относится к классу кристаллизующихся полимеров: при достаточно быстром охлаждении расплава до комнатных тем- |
Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) представляет собой твердый полимер белого цвета общей химической формулы
ператур образуется аморфный прозрачный полимер, в дальнейшем медленно кристаллизирующийся, при этом скорость кристаллизации достигает максимального значения при температуре 80 °С. Максимальная степень кристалличности неориентированного ПЭТФ достигает 45%, у ориентированного материала (в виде волокон и пленок) этот показатель может составлять даже 60%. ПЭТФ отличается достаточно высокой температурой плавления (255-265 °С), значительной плотностью (до 1450 кг/м3), а также хорошими диэлектрическими свойствами, сохраняющимися практически неизменными во влажной среде. Материал является химически устойчивым: при комнатных температурах нерастворим в большинстве органических растворителей, органических кислотах, жирах и воде. Предельное водопоглощение материала не превышает 1%.
Основное количество промышленно выпускаемого ПЭТФ используется для получения так называемых полиэфирных или лавсановых волокон и пленок. Волокна и пленки из ПЭТФ характеризуются высокой прочностью, хорошими деформационными свойствами, а также стойкостью к истиранию. Пленки из ПЭТФ, имеющие, как правило, преимущественно аморфную структуру, являются высокопрозрачными и благодаря этому свойству и высокой прочности широко используются в качестве фото-, кино-и рентгеновской пленки, подложки для аудио- и видеомагнитных лент, изоляции обмоток трансформаторов, а также для упаковки пищевых продуктов, медицинских препаратов и химических реактивов. Высокопрочные лавсановые волокна, напоминающие по ряду своих свойств шерсть, но превосходящие ее по устойчивости к истиранию, находят широкое применение при изготовлении тканей, транспортерных лент, брезентов, рыболовных сетей, бен-зостойких шлангов и других важных изделий.
Поликарбонаты, являющиеся сложными полиэфирами угольной кислоты и диоксисоединений, характеризуются наличием в основной цепи карбонатной связи, связывающей радикалы К. и К.':
__________________________ Глава 7 ___ _______
Благодаря ценному комплексу свойств наибольший интерес представляют линейные ароматические поликарбонаты. Поликарбонаты характеризуются сравнительно низкой степенью кристалличности (30-40%), высокой температурой плавления (220-270 °С), хорошей теплостойкостью (теплостойкость по Вика 150-165 °С) и выдающейся морозостойкостью, лежащей в области температур -100 °С. Материал обладает хорошими прочностными свойствами и особенно высокой устойчивостью к ударным нагрузкам, практически сохраняющимся неизменными в широком интервале температур от -150 до +200 °С. Материалы отличают высокие диэлектрические свойства и хорошая оптическая прозрачность. Поликарбонаты обладают низкой гигроскопичностью, устойчивы к действию УФ-света, излучений высокой энергии и суммарному воздействию факторов светопогоды. Благодаря комплексу ценных свойств поликарбонаты являются одним из самых перспективных видов пластических масс и находят широкое применение для изготовления корпусов радиоаппаратуры, холодильников, магнитофонов, труб, кранов, насосов, шестеренок, болтов, электротехнической и светотехнической аппаратуры.
Физиологическая безвредность поликарбонатов позволяет широко применять их в медицинской промышленности для изготовления корпусов бормашин, зубных протезов, обладающих высокой прочностью и стабильностью размеров, небьющейся медицинской посуды.
Отсутствие запаха и вкуса, высокая ударостойкость, а также безвредность позволяют применять поликарбонаты для изготовления посуды для горячей пищи, упаковочной тары, в т. ч. для хранения и транспортировки пищевых продуктов.
Фторопласты - принятое в России техническое название фтор содержащих пластмасс, имеющих в разных странах различные торговые наименования: фторлон (Россия), тефлон (США), сорефлон (Франция), гостафлон (Германия) и т. д. Наиболее известным среди фторопластов является фторопласт-4, имеющий химическое название политетрафторэтилен, структурная формула которого [ — СР2 — СР3 —]п.
Пластические массы^изделия на их основе_____________
Фторопласт-4 представляет собой получающийся методом полимеризации линейный высококристаллический (степень кристалличности достигает 90%) полимер белого цвета, характеризующийся высокой для ненаполненных пластмасс плотностью, составляющей 2150-2250 кг/м3.
Полимер характеризуется целым рядом свойств, делающих данный материал настоящим рекордсменом среди других видов пластмасс..
Фторопласт-4 является одним из самых теплостойких и термостабильных полимеров: его температура плавления составляет 327 °С, а заметное разложение материала наблюдается лишь при 415 °С.
Фторопласт-4 является наиболее химически стойким полимером: он не растворяется ни в одном растворителе, на него не действуют даже концентрированные кислоты, сильные окислители и другие агрессивные вещества. Материал является лучшим диэлектриком, и его диэлектрические свойства не изменяются в широком температурном интервале эксплуатации. Фторопласт-4 обладает самым низким коэффициентом трения из всех известных материалов. Материал отличается антиадгезивными свойствами, а также является физиологически безвредным.
Весь этот комплекс ценных свойств и обеспечили фтороплас-ту-4 широкое применение в самых различных областях экономики. Полимер широко применяется в радио- и электротехнике в качестве изоляционного материала для проводов, кабелей, конденсаторов, трансформаторов и устройств, эксплуатирующихся в коррозионно-активных средах, а также при низких и высоких температурах. Из материала изготавливают коррозионно-стойкие трубы, прокладки, вентили. Фторопласт-4 наносят на различные поверхности для придания им антикоррозионных и антиадгезионных свойств, что находит применение при изготовлении антипригарной посуды, а также для защиты изделий и конструкций от коррозии. В медицине фторопласт-4 применяется для изготовления различных протезов (сердечных-клапанов, кровеносных сосудов, суставов и др.). Фторопласт-4 применяется в качестве материала для изготовления подшипников, работающих без смазки и в агрессивных средах.
Глава 7
Пластические массы и изделия на их основе
Однако более широкому применению материала в этом направлении препятствует присущая фторопласту хладотекучесть - способность деформироваться (изменять свои размеры) под действием даже умеренных нагрузок при сравнительно низких температурах.
Термореактивные пластмассы в отличие от термопластичных в процессе переработки в изделия переходят в неплавкое и нерастворимое состояние и в дальнейшем эксплуатируются в этом виде, не переходя в состояние расплава даже при высоких температурах, вызывающих разложение полимера. Это придает таким материалам высокую теплостойкость и устойчивость к действию химически агрессивных сред: растворителей, кислот, щелочей, водных сред и др., тем самым расширяет диапазон возможных условий эксплуатации изделий из этих материалов.
Наиболее распространенными среди таких материалов являются феноло-формальдегидные, амино-формальдегидные, эпоксидные и кремнийорганические смолы и пластические массы на их основе.
Феноло-формальдегидные (ф/ф) смолы, являющиеся одним из наиболее распространенных полимерных материалов, получают поликонденсацией формальдегида с фенолом, имеющим три активных центра. Реакция протекает в несколько стадий, при этом на начальной стадии образуются линейные продукты поликонденсации, а затем разветвленные (резитол) и пространственно сшитые (резит) структуры. При избытке фенола в реакционной смеси получают новолачные (идитоловые) смолы, а при избытке формальдегида - резольные (бакелитовые) смолы.
Новолачные смолы термопластичны, имеют линейное строение, растворимы в спиртах и ацетоне, и их растворы применяют для изготовления идитоловых лаков и политур.
Резольные смолы под действием повышенных температур способны переходить в неплавкое, нерастворимое трехмерно сшитое состояние (резит). Резольные смолы широко применяются для изготовления фенопластов - пластических масс на их основе. Фенопласты получают из прессованных материалов, являющихся композициями новолачной или резольной смолы на стадии рези-тола, обладающего разветвленной или слабо сшитой структурой
и наполнителей различного состава. В процессе переработки пресс-порошков при повышенных температурах (160-180 °С) происходит переход ф/ф смолы в трехмерносшитое состояние. Сшитые ф/ф смолы обладают высокой теплостойкостью и термостойкостью, выдерживая в течение длительного времени воздействие температур 125 °С и кратковременно до 170 °С. Изделия из фенопластов обладают хорошей прочностью, высокими диэлектрическими свойствами, устойчивостью к действию кислот, щелочей, растворителей, воды.
Фенопласты широко используются для изготовления хозяйственных, канцелярских товаров и товаров культурно-бытового назначения, а также электроустановочной аппаратуры.
К сожалению, вследствие токсичности основных компонентов (фенола и формальдегида) фенопласты не применяются для изготовления посуды и других изделий, контактирующих с пищевыми продуктами. Фенопласты обладают низкой устойчивостью к действию световых лучей, и, окисляясь на воздухе, присутствующий в них фенол образует окрашенные (красно-коричневые) соединения, придающие композициям пятнистый вид. Вследствие этого изделия из фенопластов изготавливают обычно черного или коричневого цвета, добавляя в композиции соответствующие пигменты.
Амино-формольдегидные смолы получают поликонденсацией формальдегида с мочевиной и меламином. Механизм протекающих реакций отверждения этих смол сходен с механизмом сшивания ф/ф смолы. Пластмассы на основе амино-формальдегидных смол называют аминопластами.
Аминопласты обладают высокой теплостойкостью, термостойкостью, хорошей влагостойкостью, но показатели этих свойств несколько ниже, чем у фенопластов.
Аминопласты применяют для изготовления деталей электроосветительного оборудования (абажуры, колпаки, выключатели), посудо-хозяйственных, галантерейных товаров, товаров культурно-бытового назначения. Обычно изделия из аминопластов имеют окраску светлых или ярких тонов. Допускается применение аминопластов для изготовления изделий, контактирующих с пищевыми продуктами (но не для горячей пищи).
Глава 7
Пластические массы и изделия на их основе
Эпоксидные смолы в неотвержденном виде представляют собой жидкие, реже твердые, полимерные соединения, содержащие в макромолекулах эпоксидную группу (а-окисный цикл)
Эпоксидные смолы эксплуатируются только в отвержденном состоянии, отверждаясь за счет раскрытия а-окисного цикла без выделения побочных продуктов, что дает возможность получать изделия из них практически без усадки. Отверждение эпоксидных смол производится как при нагревании, так и при сравнительно низких температурах (например, комнатных). Отвердителями для эпоксидных смол служат полиамины (отвердители холодного отверждения), либо дикарбоновые кислоты и их ангидриды (отвердители горячего отверждения).
Отвержденные эпоксидные смолы обладают хорошей прочностью, высокой адгезионной способностью, влагостойкостью. Изделия на основе эпоксидных смол отличаются достаточной теплостойкостью (120-140 °С), хорошими диэлектрическими свойствами.
Эпоксидные смолы используют как основу ряда лакокрасочных материалов, клеев, а также в качестве связующего для изготовления армированных пластиков, абразивных и фрикционных материалов, полимербетонов, герметиков, компаундов, пенопластов и других материалов и изделий, широко применяемых в различных областях народного хозяйства.
Кремнийорганические смолы, относящиеся к классу элементо-органических полимеров, характеризуются наличием в структуре основной цепи атомов кремния и кислорода, т. е. наличием так называемой силоксановой связи:
и углеродных радикалов (Я и Я') в боковой цепи. Основным ценным свойством этих материалов является их высокая термостойкость. Материалы на основе кремнийорганических смол выдерживают рабочие температуры до 250 °С (ненаполненные смолы) и даже до 400 °С (наполненные минеральными наполнителями композиции). Кремнийорганические смолы обладают гидрофобными (водоотталкивающими) свойствами.
Жидкие Кремнийорганические смолы применяются в качестве высокотемпературных смазок и водоотталкивающих пропиток тканей, не ухудшающих их воздухо-, паропроницаемость, для пропиток древесины с целью повышения ее стойкости к действию влаги и снижения пожароопасности.
Важнейшую роль играют Кремнийорганические смолы в качестве основного связующего для изготовления трехмерно сшитых композиций с различными наполнителями, отличающихся высокой прочностью и термостойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами и водостойкостью и находящих в связи с этим самое широкое применение.
Дата добавления: 2016-03-27; просмотров: 697;