Конструкционные пластмассы
жүктеу/скачать 12,88 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 1.2. Термопласты инженерно-технического назначения
| Ударопрочный полистирол – это твердый непрозрачный продукт белого цвета, полученный путем полимеризации смеси стирола и растворенного в нем бутадиенового каучука. В этих условиях в результате совместной полимеризации получается фактически композиционный материал, состоящий из двух фаз, которые не смешиваются даже при плавлении. Одна из них – непрерывная фаза является гомополимером полистирола, вторая фаза (дискретная) – это микрогель с диаметром до 5 мкм, включающий два сополимера: привитой сополимер стирола на каучук и их блоксополимер.
Ударопрочный полистирол отличается от обычного существенно улучшенными прочностными показателями (прочностью на растяжение, ударной вязкостью, модулем упругости). Он является легко перерабатываемым конструкционным материалом, рекомендуется для литья под давлением и экструзии. Из него производят детали различных машин и оборудования. Недостатком ударопрочного полистирола является низкая теплостойкость: изделия на его основе могут эксплуатироваться при температуре не выше 65-70 0С. АБС пластик – это конструкционный материал, аналогичный по строению ударопрочному полистиролу, но содержащий в своем составе, кроме стирола и бутадиенового каучука, третий сомономер – акрилонитрил. Непрерывной фазой является сополимер стирола с акрилонитрилом, микрогель (диаметр до 1 мкм) – его привитой сополимер на каучуке. АБС – пластик значительно превосходит ударопрочный полистирол по физико-механическим показателям. Он является более жестким, более твердым и устойчивым к динамическим нагрузкам. Теплостойкость его также несколько выше. Этот сополимер широко применяется для изготовления крупных деталей автомобилей, корпусов приборов, телефонов, чемоданов, контейнеров, облицовочных плиток, сантехнического оборудования, труб, арматуры, мебели, и т.д. Разновидностью АБС – пластика является его прозрачный аналог АСА – пластик. Он содержит четвертый компонент – метилметакрилат и принадлежит к органическим стеклам, которые подробно рассмотрены в следующем разделе «Оптически прозрачные полимеры». Таблица 1 Некоторые физико-химические свойства термопластов
* для аморфного ПЭТ; кристаллический ПЭТ способен к эксплуатации при температурах близких к температуре плавления. 1.2. Термопласты инженерно-технического назначения Вторая группа конструкционных пластмасс обладает более высокими показателями прочностных и теплофизических свойств, и применяется в технических областях предпочтительнее, чем полимеры первой группы. Они выпускаются промышленностью в значительно меньших объемах, которые тем не менее ежегодно возрастают. К этой группе относятся преимущественно полимеры поликонденсационного типа. Среди них наибольший удельный объем приходится на производство полиамидов, мировой объем производства которых уже в 1990 г. превысил один миллион тонн. Полиамиды – это гетероцепные полимеры, содержащие в основной цепи амидную группировку — СО — NH — . Алифатические полиамиды получают обычно методом поликонденсации (полиамидирования) в расплаве. В качестве мономеров используют либо аминокарбоновые кислоты, либо смесь дикарбоновых кислот и диаминов алифатического ряда: Реакцию проводят при нагревании выше температуры плавления полимера с непрерывной отгонкой воды, чтобы сместить вправо равновесие реакции поликонденсации. Алифатические полиамиды можно получать и другим путем – методом гидролитической полимеризации. В качестве мономеров в этом случае используют циклические лактамы алифатических аминокислот, которые реагируют с раскрытием цикла и образованием полиамида. Таким образом из капролактама (лактама ε-аминокапроновой кислоты) получают всем известный «Капрон» : Модификацией этого метода является каталитическая полимеризация капролактама в присутствии в качестве катализатора Na – соли капролактама и сокатализатора – N-алкиламида (например, N-ацетилкапролактама). Под действием этой каталитической системы полимеризация быстро протекает при температуре ниже температуры плавления полимера (140-200 0С) и нормальном давлении. Таким способом можно проводить полимеризацию непосредственно в форме и получать изделия различного профиля с массой до нескольких сот килограмм. Такой материал был назван в СССР капролоном (капролитом). Он существенно превосходит обычный капрон (полученный гидролитической полимеризацией) по прочности, имеет почти в два раза большие показатели твердости и на 300С более высокую теплостойкость. Принципиально иным путем получают полиамиды ароматического строения. Поскольку ароматические диамины не образуют солей с ароматическими дикарбоновыми кислотами, последние переводят сначала в форму значительно более реакционного хлорангидрида, который затем используют в качестве мономера для поликонденсации. Эта реакция необратима и быстро протекает при низкой температуре (от5 до 200С) в растворе сильно полярных растворителей в присутствии третичных аминов, играющих роль катализаторов и акцепторов выделяющегося хлористого водорода: Полиамиды ароматической структуры отличаются от алифатических исключительно высокой тепло- и термостойкостью и рассматриваются в разделе «Термостойкие полимеры». Алифатические полиамиды, выпускаются в промышленном масштабе и широко используются как конструкционные материалы. Они обладают кристаллической или аморфной структурой. Прочность при растяжении, модуль упругости (жесткость) и твердость возрастают с увеличением степени кристалличности. Полиамиды имеют сравнительно низкую плотность, низкий коэффициент трения, стойкость к истиранию, многим органическим растворителям, к маслам и топливу. Большая часть производимых полиамидов используется в производстве текстильных волокон, шинного корда, моноволокна (жилки) для рыболовных сетей, канатов и другой продукции. Промышленностью выпускаются также десятки марок полилмидов для пластмасс, перерабатываемых литьем под давлением и экструзией. Основные их физико-механические показатели приведены в таблице 1. Полиамидные пластмассы широко применяются в машиностроении для производства деталей различного назначения – шестерен, подшипников, втулок, зубчатых и червячных колес и т.д. Большое преимущество движущихся деталей из полиамидов – бесшумность в работе, размерная точность. Полиацетали – гомо- и сополимеры формальдегида. Это кристаллические вещества белого цвета с высокой молекулярной массой (степень полимеризации более 1000), с температурой плавления 165-180 0С, способные к долговременной эксплуатации в интервале от – 60 0С до 100-135 0С. Полиацетали по своим физико-механическим свойствам превосходят почти все термопласты. Они характеризуются высокой устойчивостью к динамическим нагрузкам, к растрескиванию, низкой ползучестью при нагреве, обладают отличными антификционными свойствами. Полиацетали рекомендуются как конструкционные пластмассы для точного литья, т.к. имеют хорошую размерную стабильность даже во влажной среде. Существует несколько видов ацеталей, выпускаемых промышленностью: гомополимер – полиформальдегид, называемый также полиметиленоксидом (ПОМ), его сополимер с 1,3-диоксоланом (СФД), сополимер триоксолана (циклического ацеталя формальдегида) с 1,3-диоксоланом (СТД) или с окисью этилена. Реакцию гомополимеризации этих мономеров можно представить общей схемой: Полимеризация формальдегида протекает в среде инертного для полимера растворителя (углеводорода) при нагревании в присутствии анионных катализаторов (аминов, солей жирных кислот и др.). Триоксан полимеризуется в жидкой среде или в расплаве по катионному механизму в присутствии катализаторов катионного типа (BF3, SnCl4, SbCl5, и др.). Гомополимер вне зависимости от способа получения содержит концевые группы ОН. Они образуются в полимере двумя путями: либо непосредственно при синтезе вследствие протекания побочной реакции передачи цепи на воду, либо в процессе переработки при термоокислительном распаде ацетальной связи. При нагревании полимера концевые группы –ОН инициируют быструю ступенчатую деполимеризацию с образованием формальдегида: Чтобы стабилизировать полимер т.е. подавить эту нежелательную реакцию, которая снижает молекулярную массу полимера при переработке, а значит и его физико-механические показатели, концевые –ОН группы блокируют в конце синтеза ацетилированием уксусным ангидридом. Еще лучшем способом стабилизации является введение в полимерную цепь при синтезе сомономеров, которые могут заменить в цепи часть связей –С–О– на –С–С–О-связи, обрывающие цепной процесс деполимеризации. К таким сомономерам относится 1,3-диоксолан и окись этилена, применяемые в промышленном синтезе. Химическая структура сополимеров, полученных в их присутствии отвечает формуле: Чтобы получить материал, близкий по механическим свойствам к гомополимеру, но превосходящей его по стабильности, достаточно добавить не более 2,5-3,0% сомономера. В этом случае разрыв ацетальной связи приводит к деполимеризации не всей молекулы, а только ее части, протяженностью до –С–С– группы. Сополимеры кроме более высокой стабильности почти ничем не отличаются от гомополимера. Основное назначение гомо- и сополимеров формальдегида - конструкционные и антифрикционные узлы и детали. По сравнению с близкими по назначению алифитическими полиамидами полиацетали более теплостойки, влагостойки, отличаются большой жесткостью и длительной прочностью. Недостатком полиацеталей является горючесть; их применение возможно там, где исключаются пожароопасные условия в процессе эксплуатации. жүктеу/скачать 12,88 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||