Термореактивні полімери - студопедія

Термореактивні полімери характеризуються незворотним переходом при нагріванні в склоподібний стан з просторової сітчастої структурою. До них відносяться різні штучні смоли: фенолоформальдегидная, епоксидна, поліефірна, кремнийорганическая, карбамідних і ін. А також їх модифікації. Такі полімери мають високі показники адгезії, теплостійкості і корозійної стійкості, хорошими діелектричними властивостями. Значення їх міцності і пластичності є невеликими, перебуваючи в межах відповідно sв = 15 ... 70 МПа, d = 1 ... 6%. Тому для підвищення і стабілізації міцності якостей таких полімерів на їх основі створюють реактопласти шляхом введення спеціальних органічних і неорганічних добавок: наповнювачів, стабілізаторів, пластифікаторів, мастильних матеріалів, барвників, затверджувачів, каталізаторів або сповільнювачів процесу затвердіння.

Наповнювачі вводяться в кількості 40 ... 70% для підвищення рівня фізико-механічних властивостей реактопластов. Вони можуть являти собою матеріали у вигляді порошків, волокон або шарів. Стабілізатори забезпечують незмінність вихідної молекулярної структури і властивостей реактопластов при впливі експлуатаційних факторів. Кількість стабілізаторів у складі реактопластов не перевищує декількох відсотків. Пластифікатори призначені для зменшення крихкості і поліпшення деформованості реактопластов, що досягається за рахунок зниження величини їх міжмолекулярних зв'язків. Частка пластифікаторів в масі реактопластов досягає 10 ... 20%. Мастильні речовини необхідні для зниження сил тертя реактопластів об стінки прес-форм або штампів в процесах деформації і вилучення готових виробів. Затверджувачі гарячого або холодного затвердіння створюють в структурі реактопласту поперечні міжмолекулярні зв'язки з незворотнім освітою сітчастої структури.

Найбільше значення у формуванні властивостей реактопластов мають вигляд сполучного термореактивного полімеру і рід наповнювача. З урахуванням цих ознак розрізняють реактопласти з порошковими, з волокнистими, з перехідним поєднанням наповнювачами.

П о р о ш к о в и е реактопласти виробляють на основі фенолоформальдегідних смол (фенопласти), епоксидних смол (епоксіпласти), поліефірних смол (ефіропласти), карбамідних смол (амінопласти). До них додають органічні наповнювачі (деревне борошно, целюлоза) або мінеральні наповнювачі (мелений кварц, графіт, азбест, слюда), і отримують реактопласти у вигляді порошкових матеріалів для виготовлення деталей пресуванням (прес-порошки) або литтям (ливарні реактопласти).

Фенопласти характеризуються високими показниками міцності (Sв до 50 МПа), ударної в'язкості (# 945; до 5,5 кДж / м 2), підвищеним рівнем твердості, корозійної стійкості, діелектричних якостей. При введенні азбестового наповнювача фенопласти набувають фрикційні властивості і теплостійкість. З фенопластів виготовляють малонавантажених конструкційні, а також електроізоляційні деталі машин і приладів.

Епоксіпласти відрізняються високою міцністю (Sв до 110 МПа), ударною в'язкістю (а до 6,0 кДж / м 2), підвищеною твердістю, корозійну стійкість, високими діелектричними властивостями. Тому епоксіпласти застосовують для отримання навантажених деталей машин і устаткування, приладів і апаратури.

Ефіропласти мають знижену стійкість при хороших показниках механічних, електроізоляційних та антикорозійних властивостей, необхідних для електротехнічних деталей.

Амінопласти володіють високою світлостійкістю, електроізоляційними і дугогасильними властивостями, але проявляють схильність до розтріскування і водопоглинанню. Через це їх використовують для виготовлення малонавантажених деталей побутового та електротехнічного призначення.

В о л о к н и с т и е реактопласти характеризуються підвищеними механічними властивостями, тому що містять в якості наповнювача органічне волокно, наприклад, сульфітної целюлози, бавовняної целюлози (Волокніту) або мінеральне азбестове волокно (асбоволокніти) або скляне волокно (стекловолокніти).

Волокніту мають сполучною найчастіше фенолоформальдегідну смолу, а також можуть мати і інші смоли. Їх механічні властивості дещо перевищують якості порошкових реактопластов, тому вони застосовуються для отримання більш навантажених виробів побутового і загальнотехнічного призначення, а також деталей електрорадіоапаратури.

Асбоволокніти з фенолоформальдегідні і іншими сполучними смолами відрізняються підвищеними характеристиками теплотривкості (до 200 0 С), показниками фрикційних і антикорозійних якостей. Вони використовуються у виробництві виробів для гальмівних пристроїв, для установок хімічної промисловості.

Стекловолокніти завдяки високим якостям скляного волокна володіють комплексом найбільших фізико-механічних властивостей: міцності (sв до 500 МПа), ударної в'язкості (а до 150 кДж / м 2), теплостійкості (до 280 0 С). З них виготовляють високонавантажені, відповідальні деталі машин, приладів, технологічного обладнання, електроапаратури.

З л про і з т и е реактопласти мають покладений шарами матеріал наповнювача і випускаються у вигляді листів, смуг, плит, труб, а також заготовок для подальшого виготовлення деталей. Залежно від матеріалу наповнювача проводиться кілька типів шаруватих реактопластов.

Гетінакс виготовляється з використанням шарів паперу, просочених фенолоформальдегідні або карбамідними смолами. Його міцність, корозійна стійкість, діелектричні властивості перевищують якості волокнітах, за рівнем цих властивостей розрізняють гетинакс електротехнічний та декоративний. Електротехнічний гетинакс з підвищеними діелектричними властивостями застосовується як електроізоляційний матеріал для деталей приладобудування. Декоративний гетинакс використовується в якості внутрішнього облицювального матеріалу при будівництві.

Асбогетінакс. одержуваний на основі азбестового паперу, володіє теплостійкістю, підвищеної до 180 0 С.

Текстолит містить шари бавовняної або синтетичної тканини, просочені фенолоформальдегидной смолою або сумішшю смол. За своїми фізико-механічними і хімічними властивостями текстолит близький до гетинаксу, але значно перевершує його за здібностями поглинати вібраційні навантаження і чинити опір розколювання. Конструкційні текстоліти мають стабільні, високі показники механічних властивостей і зносостійкості. Вони широко застосовуються при виготовленні шестерень, втулок, роликів, прокладок, кілець. Електротехнічний текстоліт з високими діелектричними властивостями використовується для отримання деталей приладів і електроапаратури.

Древеснослоїстиє пластики (ДСП) виготовляють з шарів шпону з їх просоченням феноло- і крезольноформальдегіднимі смолами. Фізико-механічні та антифрикційні властивості ДСП найближче відповідають рівню властивостей текстоліту. Це дозволяє застосовувати їх для отримання плазунів, шестерень, деталей підшипників, а також в якості електроізолюючого матеріалу виробів приладобудування. До недоліків ДСП відноситься його підвищена схильність до водопоглинанню зі зниженням показників основних властивостей.

Асботекстоліт має в якості основи шари азбестового тканини з фенолоформальдегидной смолою, що надає йому поєднання високих механічних властивостей з фрикційними і термоізоляційними якостями. Теплотривкість асботекстоліта досягає 300 0 С, короткочасно він може витримувати 3000 0 С, область його застосування - деталі гальмівних пристроїв, термоізоляційні вироби.

Склотекстоліти отримують із застосуванням шарів склотканини, просочених різними термореактивними смолами, і використовують під назвою склопластики. Завдяки якостям склотканини створюються високі властивості міцності склопластиків з межами міцності sв до 600 МПа, ударною в'язкістю а до 200 кДж / м 2. теплотривкістю до 300 0 С. Крім цього, склопластики мають високі електроізоляційні якості і корозійну стійкість, що дозволяє широко застосовувати їх при виготовленні деталей електротехнічного машинобудування, корпусних деталей транспортного машинобудування, будівельних панельних конструкцій.

Найбільшою міцністю володіють склопластики з епоксидним сполучною, підвищена атмосферостійкість характерна для поліефірних склопластиків. Високі значення теплостійкості і діелектричних властивостей створюють в стеклопластиках кремнийорганические смоли, для загальнотехнічних і будівельних цілей застосовуються склопластики з фенолоформальдегідні сполучними і комплексом необхідних фізико-механічних властивостей.

Г а з о н а п о л н е н н и е пластмаси відрізняються наявністю в структурі полімеру елементарних мікропорожнин, що містять газову фазу. Це надає їм деякі загальні особливі властивості - дуже малу щільність і високі експлуатаційні якості: уявна густина може становити всього 20 кг / м 3. коефіцієнт теплопровідності - 0,003 Вт / м × К. Полімерні зв'язуючі можуть бути як термопластичними, так і термореактивними, в залежності від стану структури газонаповнені пластмаси діляться на пінопласти, поропласти, сотопласти.

Пінопласти мають комірчастою структурою, де мікропорожнини представляють ізольовані закриті осередки. Це надає пінопластовим виробам легкість і хорошу плавучість, високі тепло- і електроізоляційні властивості, міцність їх невелика. До термопластичних пінопластам відносяться має радіопрозорість пінополістирол і пенополівінілхлорід з теплотривкістю ± 60 0 С, у пінополіуретану теплостійкість досягає 200 0 С. Термореактивні пінопласти, виготовлені на фенолоформальдегидной і фенолокаучуковой основі, мають теплостійкість 120 ... 160 0 С, застосування кремнийорганического сполучного підвищує теплостійкість короткочасно до 300 0 С. Найбільш високими показниками хімічної стійкості, електроізоляційних властивостей, а також низьким водопоглинанням відрізняються пенополіуретани і пенополіепоксіди. Для додання пінопластам еластичності в них вводять пластифікатори.

Застосовуються пінопласти для теплоізоляції деталей приладобудування, холодильних установок, трубопроводів, кабін і корпусів в транспортному машинобудуванні, для електроізолюючими заливки деталей електронної апаратури. У будівельних конструкціях пінопласти створюють їх легкість і труднопотопляемость при необхідної міцності, жорсткості, вібростійкості.

Поропласти мають відкриту пористу структуру губчастого типу, де мікропорожнини повідомляються один з одним і з атмосферою. Поропласти, що випускаються на основі складного поліефіру володіють еластичністю, одержувані на основі полівінілформалей, мають високий рівень водопоглинання - до 700% за 2 год.

Сотопласти характеризуються наявністю порожнин у формі бджолиних сот, які утворюються при склеюванні тонких, гофрованих листів. Матеріалом листів служать різні тканини, просочені термопластичних або термореактивним сполучною. Таке структурний стан і склад надають сотопласти високі характеристики жорсткості, міцності, термо- і звукоізоляційних властивостей, Радіопрозорий. Завдяки цим якостям сотопласти застосовують для виготовлення легких багатошарових панелей і плівок в приладобудуванні, кріогенної техніки, транспортному машинобудуванні.

Гумові матеріали виготовляються на основі каучуку з різними спеціальними добавками. Це надає резинам такі відмітні свйоства, як невелика щільність, високі електро- і теплоізоляційні якості, газо- і водонепроникність, висока хімічна стійкість, еластичність і пружність при розтягуванні, великий опір стисненню. Завдяки названим властивостям гумові матеріали широко застосовуються для отримання багатьох видів виробів різних галузей приладо- та машинобудування.

До а у ч у к представляє високополімерних карбоцепні з'єднання з подвійною хімічним зв'язком між вуглецевими атомами в елементарних ланках. Структура макромолекул каучуку складається з таких ланок, з'єднаних в лінійні або слаборазветвленние ланцюжка зиґзаґоподібної форми. Це надає макромолекулам каучуку високу еластичність, малу міцність і теплостійкість, підвищену розчинність.

Натуральний каучук (НК) отримують з латексу - соку каучуконосних дерев - який піддають спеціальним видам обробки з подальшим виготовленням каучукових листів. Властивості натурального каучуку характеризуються підвищеними значеннями еластичності і міцності, він має значну вартість.

Синтетичний каучук (СК) проводиться з різних вихідних рідких і газоподібних матеріалів: спирту, нафти, природного газу, попутних газів за рахунок використання реакцій полімеризації або поліконденсації. Він відрізняється від натурального каучуку більш високою стійкістю до дії розчинників і низьких температур, а також меншою вартістю. У зв'язку з цим в загальному обсязі виробництва гумових виробів застосування НК становить близько 30%, решту частку виробів отримують з використанням СК.

За властивостями каучуки наближаються до термопластичних полімерів, але можуть бути переведені в термостабільне стан. Це досягається шляхом додавання до каучуку сірки або селену, деяких оксидів або пероксидів, атоми або групи атомів яких приєднуються до елементарних ланок каучуку на місці наявних подвійних зв'язків. Виникаючі поперечні зв'язку між ланками перетворюють лінійну структуру каучуку в просторово-сітчасту. Даний процес відбувається при температурі 130 ... 150 0 С і називається вулканізацією, а викликають його речовини - вулканізатор, в результаті чого виходить вулканизат - гума. Зі збільшенням частки вулканізатора від 1 ... 5% зростає твердість одержуваної гуми, так що при додаванні 30% сірки утворюється твердий матеріал - ебоніт.

Необхідні властивості гуми формуються за рахунок введення перед вулканізацією в суміш з каучуком декількох видів певних добавок.

1. Прискорювачі вулканізації: оксид магнію, полісульфіди, а також активатори - тіурам, оксид свинцю.

2. Наповнювачі, що підвищують механічні властивості гуми: сажа, оксид цинку, крейда.

3. Пластифікатори, що полегшують переробку гумової суміші, що покращують еластичність і морозостійкість гуми: парафін, вазелін, дибутилфталат.

4. Протівостарітелі, що перешкоджають приєднанню кисню каучуком, що уповільнюють старіння гуми і погіршення її властивостей: неозон, альдоль, віск.

5. Барвники: ультрамарин, охра, сурик.

Р е з и н и про б щ о г о н а з н а ч е н і я володіють високими значеннями еластичності, опору розриву, твердості, відносного подовження. Це забезпечується застосуванням для них в якості основи натурального каучуку (НК), синтетичного каучуку бутадиенового (СКБ), синтетичного каучуку бутадієнстирольного (СКС), сіснтетіческого каучуку изопренового (СКІ). Міцність при розриві таких гум досягає величини. твердість - 60 Н / м 2. відносне подовження при розриві -. залишкове подовження - = 32%.

Гуми загального призначення застосовуються для шлангів, трубопроводів, стрічок, шин, прокладок, ізолюючих оболонок, ущільнювачів, деталей пневмосистем і вакуумної техніки, інших виробів, що зберігають працездатність при дії води, слабких розчинів солей, кислот, лугів при температурах від - 30 до 130 0 С.

Р е з и н и з п е ц і а л ь н о г о н а з н а ч е н і я характеризуються наявністю властивостей, необхідних для виробів, що працюють в особливих умовах: при дії хімічно активних речовин, підвищених і знижених температур, випромінювань, сил тертя, електричного струму.

Використання хлорпренового каучуку (наирита), бутадієн-нитрильного каучуку (СКН), полісульфідного каучуку (тіоколу) дозволяє отримувати гуми з підвищеною маслобензостойкой. що необхідно для виготовлення паливних і масляних шлангів, ущільнювальних прокладок і манжет в гідросистемах.

Синтетичний каучук теплостійкий (СКТ) містить в основний вуглецевого ланцюга чергуються атоми кремнію і кисню (силоксанова зв'язок), що надає резинам високу теплостійкість. Отримувані гумові вироби зберігають свої функціональине якості в діапазоні температур від - 70 до 300 0 С, витримуючи короткочасне дію температури 3000 0 С. Заміна в структурі СКТ бічний групи СН3 на фенільний радикал С6 Н5 обумовлює отримання каучуку типу СКТФВ, що дозволяє виготовляти гумові вироби з морозостійкістю до - 100 0 С.

Фторсодержащий каучук (СКФ) надає одержуваних резинам підвищену светоозоностойкость. необхідну для виробів, що зазнають тривалу дію відкритої повітряної атмосфери, а також сильний окислювачів при підвищених температурах.

Поліуретановий каучук (СКУ) повідомляє резинам і одержуваних виробам високу зносостійкість. яка необхідна гумовим опорам, стрічок, шинам, смугах, накладок, схильним до дії сил тертя кольженія або кочення.

Бутадієновий (дівінільний) каучук (СКБ), а також бутиловий каучук (БК) забезпечують надання гумових виробів поліпшених електроізоляційних властивостей. Це використовується при виготовленні ізоляції струмопровідних жил проводів і кабелів, а також спеціальних електрозахисних рукавичок і взуття. Каучуки НК, наїріт, СКН застосовуються для отримання електропровідних гумових виробів, наприклад, для екранованих кабелів.