Термопластичные полимеры

Переработка в изделия

Получение изделий из реактопластов главным образом проводится методами литьевого или прямого прессования. Более современным является метод литья под давлением, который отличается от традиционного литья термопластов наличием не охлаждаемой, а обогреваемой литьевой формы, работающей в диапазоне 160-210 градусов С.

При всех этих методах в полимере проходит химическая реакция сшивки макромолекул, называемая отверждением. Для полного химического отверждающего взаимодействия молекул обычно необходимо затратить минуты или даже часы. Технологический процесс осложняется риском раннего отверждения термореактивной смолы, поэтому температурный режим прессования и особенно литья необходимо поддерживать точно. Кроме того нужно точное дозирование полимерной смеси и ее быстрый впрыск в прессформу ввиду очень короткого времени возможного нахождения реактопластов в вязкотекучем (расплавленном) состоянии.

Изделия из термореактивных полимеров после формования подходят для постобработки механическими методами, а также для соединений с другими изделиями или материалами при помощи клеев. В случае низкой степени сшивки возможно также свариванием таких изделий химическим способом.

Классификация

Полимеры дифференцируют по составу звеньев на:

• органические;
• элементоорганические;
• неорганические.

Первые служат основой большинства пластмасс.

Вещества второго типа включают в звеньях углеводородные (органические) и неорганические фрагменты.

По строению их дифференцируют на:

• варианты, в которых атомы разных элементов находятся в обрамлении органических групп;
• вещества, где углеродные атомы чередуются с прочими;
• материалы с углеродными цепями в обрамлении элементоорганических групп.

Все представленные типы имеют основные цепи.

Наиболее часто встречающимися среди неорганических полимеров являются алюмосиликаты и силикаты. Это основные минеральные вещества коры планеты.

На основе происхождения полимеры классифицируют на:

• природные;
• синтетические (синтезируемые);
• модифицированные (измененные варианты первой группы).

Последние подразделяют по способу получения на:

• поликонденсационные;
• полимеризационные.

Классификация органических полимеров

Поликонденсацией называют процесс формирования макромолекул из содержащих более одной функциональной группы молекул мономера с выделением NH₃, воды и прочих веществ.

Под полимеризацией понимают процесс формирования из мономера макромолекул с кратными связями.

Классификация по макромолекулярному строению включает:

• разветвленные;
• линейные;
• трехмерные сшитые;
• лестничные.

По реакции на термическое воздействие полимеры дифференцируют на:

• термореактивные;
• термопластичные.

Вещества первого типа представлены пространственными вариантами с жестким каркасом. При нагреве с ними происходит деструкция, некоторые загораются. Это обусловлено равной прочностью внутренних связей и связей цепей. Вследствие этого термическое воздействие ведет к разрыву как цепей, так и структуры, следовательно, происходит необратимое разрушение.

Термопластичные варианты представлены линейными полимерами, обратимо размягчаемыми при нагреве и отверждаемыми при охлаждении. Их свойства после этого сохраняются. Пластичность данных веществ обусловлена разрывом при умеренном нагреве межмолекулярных и водородных связей цепей.

Наконец, по особенностям строения органические полимеры подразделяют на несколько классов.

1. Слабо- и неполярные термопласты. Представлены вариантами с симметричной молекулярной структурой или со слабополярными связями.
2. Полярные термопласты. К данному типу относят вещества с несимметричной молекулярной структурой и собственными дипольными моментами. Иногда их называют низкочастотными диэлектриками. Ввиду полярности они хорошо притягивают влагу. Также большинство из них способны смачиваться. Данные вещества отличаются от предыдущего класса также меньшим электросопротивлением. При этом многие из полярных термопластов характеризуются высокими показателями эластичности, химической стойкости, механической прочности. Дополнительная обработка позволяет превратить данные соединения в гибкие резинообразные материалы.
3. Термореактивные полимеры. Как упоминалось выше, это вещества с пространственной системой ковалентных связей. Они отличаются от термопластичных вариантов твердостью, нагревоустойчивостью и хрупкостью, большим модулем упругости и меньшим коэффициентом линейного расширения. К тому же такие полимеры не подвержены воздействию обычных растворителей. Они служат основой для многих веществ.
4. Слоистые пластмассы. Представлены слоистыми материалами из пропитанных смолой листов бумаги, стеклоткани, древесного шпона, ткани и др. Такие полимеры характеризуются наибольшей анизотропией характеристик и прочностью. Но они малопригодны для создания предметов сложной конфигурации. Применяются в радио-, электротехнике, приборостроении.
5. Металлопласты. Это полимеры, включающие металлические наполнители в виде волокон, порошков, тканей. Данные добавки служат для придания специфических свойств: магнитных, улучшения демпфирования, электро- и теплопроводности, поглощения и отражения радиоволн.

Термореактивные полимеры

Данные материалы первично имеют линейную структуру. При нагреве они размягчаются, однако в результате протекания в них химических реакций строение меняется на пространственное, и вещество превращается в твердое. В дальнейшем это качество сохраняется. На этом принципе построены полимерные композиционные материалы. Последующий их нагрев не размягчает вещество, а приводит только к его разложению. Готовая термореактивная смесь не растворяется и не плавится, поэтому недопустима ее повторная переработка. К этому виду материалов относятся эпоксидные кремнийорганические, феноло-формальдегидные и другие смолы.

Термореактивные пластмассы

Пластмассы этого класса не могут быть подвергнуты повторной обработке, т.к. смесь порошка реактопласта и связующего компонента при формовании и нагреве образуют прочные пространственные соединения. Связующими компонентами могут быть эпоксидные компаунды, формальдегиды и их комбинации. Изделия с этими связующими обладают высокой прочностью и износостойкостью, особенно, если применять армирование. Реактопласты сохраняют свою работоспособность при температуре до +200° С. При дальнейшем нагреве структура начинает разлагаться (деструктурироваться) с выделением вредных и токсичных веществ. Низкие температуры ниже -10…15° придают материалу хрупкость.

Композиции реактопластов в измельченном виде в смеси с полиуретановыми смолами позволяют получать изделия с высокими прочностными на растяжение и износ характеристиками при сохранении эластичности в диапазоне температур -25…+80 ° С.

Компания ООО «КМ» предлагает оборудование в широком ассортименте для переработки термопластичных и термореактивных пластмасс из первичного или вторичного сырья. Специалисты компании окажут консультационные услуги в подборе технологии и оборудования, для чего достаточно позвонить или заполнить форму.

Полимеры: свойства и классификация

Самая распространенная классификация полимеров по их составу:

• высокомолекулярное органическое;
• элементоорганическое;
• неорганическое высокомолекулярное.

Классификация полимеров по происхождению:

• природное происхождение, в естественной среде у природных полимеров (основополагающие в этом виде – полимеры белков, где мономер – аминокислота, полисахариды);
• искусственное происхождение у высокомолекулярных веществ- измененные химически модифицированные природные вещества (так из целлюлозы делается пластмасса);
• добытые синтетическим путем, используя полимеризацию или поликонденсацию различной структуры и длины. От длины цепочки зависит свойство и применение полимера.

Располагаться мономеры в пространстве могут по разному, отсюда различия в структурах. Она может быть:

Смотрите видео о том, что такое полимеры.

Линейная структура может быть прямой цепочкой, протянувшейся зигзагом или спиралью. Участки цепи повторяются и прочно соединяются между аналогичными участками такой же цепи.

Характеризующая особенность первой структуры – обладание гибкостью. Отсюда особенность продуктов – высокая эластичность и малая изменяемость структуры при низких температурах, отсутствует хрупкость, ломкость на морозе. (Например, полиэтилен).

Во второй структуре участвует две цепочки, химически связанные между собой. Свойства данного вида полимеров: Жесткость, выносливость высоких температур и нерастворимость в растворителях органики.

Пространственное соединение образуется из не мелких мономеров, но целых молекул поперечно. Внешне это строение напоминает сетку с ячейками разного размера. Жесткость и теплостойкость в этом соединении значительно выше, чем у линейной структуры.

Основные характеристики

На сегодняшний день существует множество видов неорганических полимеров, как природных, так и синтетических, которые обладают различными составом, свойствами, сферой применения и агрегатного состояния.

Современный уровень развития химической промышленности позволяет производить неорганические полимеры в больших объемах. Чтобы получить такой материал нужно создать условия повышенного давления и высокой температуры. Сырьем для производства выступает чистое вещество, которое поддается процессу полимеризации.

Полимеры бора

Неорганические полимеры характерны тем, что обладают повышенной прочностью, гибкостью, тяжело поддаются воздействию химических веществ и устойчивы к высоким температурам. Но некоторые виды могут быть хрупкими и не обладать эластичностью, но при этом достаточно прочными. Наиболее известными из них считаются графит, керамика, асбест, минеральное стекло, слюда, кварц и алмаз.

Наиболее распространенные полимеры в основе имеют цепочки таких элементов, как кремний и алюминий. Это связано с распространенностью этих элементов в природе, особенно кремния. Наиболее известные среди них такие неорганические полимеры как силикаты и алюмосиликаты.

Свойства и характеристики разнятся не только в зависимости от химического состава полимера, но и от молекулярной массы, степени полимеризации, строения атомной структуры и полидисперсности.

Большинство неорганических соединений характеризуются такими показателями:

1. Эластичность. Такая характеристика, как эластичность, показывает возможность материала увеличится в размерах под воздействием сторонней силы и вернутся в изначальное состояние после снятия нагрузки. Например, каучук способен увеличиться в семь-восемь раз без изменения структуры и различных повреждений. Возврат формы и размеров возможен благодаря сохранению расположения макромолекул в составе, перемещаются лишь отдельные их сегменты.
2. Кристаллическая структура. От расположения в пространстве составных элементов, что называется кристаллической структурой, и их взаимодействия зависят свойства и особенности материала. Исходя из этих параметров, полимеры разделяют на кристаллические и аморфные.

Кристаллические имеют стабильную структуру, в которой соблюдается определенное расположение макромолекул. Аморфные состоят из макромолекул ближнего порядка, которые только в отдельных зонах имеют стабильную структуру.

Структура и степень кристаллизации зависит от нескольких факторов, таких как температура кристаллизации, молекулярная масса и концентрированность раствора полимера.

1. Стеклообразность. Это свойство характерно для аморфных полимеров, которые при снижении температуры или повышении давления обретают стеклообразную структуру. В таком случае прекращается тепловое движение макромолекул. Температурные интервалы, при которых происходит процесс стеклообразования, зависит от типа полимера, его структуры и свойств структурных элементов.
2. Вязкотекучее состояние. Это свойство, при котором происходят необратимые изменения формы и объема материала под воздействием сторонних сил. В вязотекущем состоянии структурные элементы перемещаются в линейном направлении, что становится причиной изменения его формы.

Строение неорганических полимеров

Такое свойство очень важно в некоторых сферах промышленности. Наиболее часто его используют при переработки термопластов с помощью таких методов как литье под давлением, экструзия, вакуум-формирования и других

При этом полимер расплавляется при повышенных температурах и высоком давлении.

Термопластическая пластмасса

К термопластическим пластмассам, наиболее широко применяемым в машиностроении, относятся: полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид и полиамиды.
 

Энант – термопластическая пластмасса конструкционного назначения. Перерабатывается литьем под давлением.
 

Полиэтилен – наиболее легкая термопластическая пластмасса, полученная полимеризацией газообразного этилена. Полиэтилен обладает высокой кислотостойкостью, диэлектричностью, прочностью, имеет достаточную твердость и эластичность, которая сохраняется и при температурах до – 60 С. Полиэтилен применяют в основном как изоляционный материал для высокочастотных кабелей, деталей радиоаппаратуры в виде тонких пленок ( до 0 04 – 0 05 мм), изоляционных прокладок, упаковочного и защитного материала, изготовления водопроводных и нефтепроводных труб, емкостей, работающих в агрессивных средах. Кроме того, из него изготовляют зубчатые колеса в приборах и станках при небольших нагрузках.
 

Целлулоид является термопластической пластмассой. Он находит применение при производстве гребенок, щеток, коробок и фотографических пленок. Его достоинствами являются легкость ( удельный вес 1 35 – 1 40), прочность и устойчивость по отношению к воде и минеральным маслам. Большим недостатком, все больше ограничивающим области применения целлулоида, является его легкая воспламеняемость и способность сгорать с большой скоростью.
 

Вторую группу составляют термопластические пластмассы ( термопласты), которые при нагреве не отвердевают и сохраняют свои пластические свойства. Используют их для наращивания и изготовления различных деталей.
 

В отличие от термореактивных термопластические пластмассы при нагреве не отверждаются. Эти пластмассы ( термопласты) называются обратимыми, так как их свойства изменяются обратимо. Размягчаясь при нагреве, они при охлаждении снова затвердевают.
 

Как термореактивные, так и термопластические пластмассы имеют множество различных названий и марок, отличающихся по своим физическим, механическим, технологическим и эксплуатационным свойствам.
 

Химической стойкостью к действию щелочей обладают термопластические пластмассы ( поливинилхлорид, полиэтилен и др.) и поэтому использование этих материалов для предохранения от коррозии стальных магистральных трубопроводов наиболее целесообразно.
 

Это высокомолекулярные синтетические материалы, представляющие собой термопластические пластмассы. Полиамидные смолы делятся на однородные и смешанные. Однородные полиамиды представляют собой полимеры кристаллической структуры. Смешанные полиамиды перерабатываются в изделия литьем под давлением и прессованием.
 

Несмотря на то, что большинство термопластических пластмасс обладает по сравнению с металлами значительно более низкой теплопроводностью, все же пластмассы используются при изготовлении теплообменников, особенно в тех случаях, когда условия эксплуатации требуют от материала высокой степени коррозионной устойчивости и когда важное значение имеет упрощение технологических операций при изготовлении; в частности, термопластическими изделиями заменяют керамические изделия и стеклянные трубы.
 

Стойкими материалами к воздействию агрессивных веществ являются термопластические пластмассы ( листовой винипласт и полиэтилен), полихлорвиниловые ( ПХВ) красители ( грунты, эмали, лаки), покрытия эпоксидными составами ( шпаклевка с лаком, эмали, лаки), органосиликатными материалами – типа ВН-30 и некоторые виды резины.
 

В настоящее время существует несколько способов сварки термопластических пластмасс, в которых используются разные источники тепла для нагрева свариваемого материала. Тот или иной способ сварки применяется в зависимости от свойств материала, толщины и размеров свариваемых деталей, а также их формы.
 

Первые исследования показали, что ультразвуком сваривается большинство термопластических пластмасс. Термореактивные пластмассы сварить пока не удается. Ультразвуком успешно свариваются и разнородные пластмассы. Опробована сварка толщин от пленок до 10 мм. По-видимому, эта толщина не является пределом. Предварительные опыты показывают, что ультразвуковая сварка дает лучшие результаты при соединении твердых термопластов относительно больших толщин.
 

Полистирол относится к группе полимеризационных смол и, является термопластической пластмассой. Благодаря своим физико-химическим свойствам, считается одной из ценных пластмасс.
 

Ответ

Термореактивные полимеры — полимеры с пространственной структурой, которые при нагревании разлагаются, не переходя в вязкотекучее состояние. Термопластичные полимеры — это полимеры, которые могут подвергаться вторичной термической обработке. пластмасса напримерСтеклонаполненные термопластичные и термореактивные полимеры успешно применяют для изготовления деталей машин оргтехники, компьютеров и электронного оборудования, таких, как корпуса, кожухи, основания, и других деталей, где необходимы точные допуска на размеры.

Степенью полимеризации называется:

среднее число структурных звеньев в макромолекуле

число химических связей в структурном звене

средняя относительная молекулярная масса полимера

число атомов в структурном звене полимера

Фенолформальдегидные смолы – продукты поликонденсации фенола с формальдегидом. Реакция проводится в присутствии кислых (соляная, серная, щавелевая и другие кислоты) или щелочных катализаторов (аммиак, гидроксид натрия, гидроксид бария) . При избытке фенола и кислом катализаторе образуется линейный полимер – новолак, цепь которого содержит приблизительно 10 фенольных остатков, соединенных между собой метиленовыми мостиками:

Новолаки – термопластичные полимеры, которые сами по себе не способны переходить в неплавкое и нерастворимое состояние. Но они могут превращаться в трехмерный полимер при нагревании их с дополнительной порцией формальдегида в щелочной среде.При использовании щелочных катализаторов и избытка альдегида в начальной стадии поликонденсации получаются линейные цепи резола, которые при дополнительном нагревании “сшиваются” между собой за счет групп CH2OH, находящихся в пара-положении фенольного кольца, с образованием трехмерного полимера – резита:

Таким образом, резолы являются термореактивными полимерами.

Фенолоформальдегидные полимеры применяются в виде прессовочных композиций с различными наполнителями, а также в производстве лаков и клея.

Отвержденные смолы характеризуются высокими тепло-, водо- и кислостойкостью, а в сочетании с наполнителями и высокой механической прочностью.

Из фенолформальдегидного полимера, добавляя различные наполнители, получают фенолформальдегидные пластмассы, т. н. фенопласты. Их применение очень широко. Это: шарикоподшипники, шестерни и тормозные накладки для машин; хороший электроизоляционный материал в радио- и электротехнике. Изготовляют детали больших размеров, телефонные аппараты, электрические контактные платы. Для склеивания пенополистирольных плит, применяемых для изготовления моделей в литейном производстве.

Получение фенолформальдегидной смолы

1. В пробирку помещают 10 капель жидкого фенола и 8 капель 40% формальдегида. Смесь нагревают на водяной бане до растворения фенола. Через 3 минуты в пробирку добавляют 5 капель концентрированной соляной кислоты и помещают ее в стакан с холодной водой. После образования в сосуде двух четких фаз следует слить воду и вылить полимер из пробирки. В течение нескольких минут образовавшаяся новолачная смола затвердевает.

2. В небольшую колбочку помещают 15 г фенола и 25 мл концентрированного раствора формалина и нагревают (под тягой) на горелке, периодически встряхивая содержимое колбы. Добавляют 1-2 мл соляной кислоты и продолжают нагревание. Вначале реакция идет бурно и смесь в колбе становится однородной. Через некоторое время (около 10 минут) на дне колбы образуется смолистый осадок. Верхний слой жидкости сливают и быстро извлекают смолу, которая на воздухе густеет и постепенно затвердевает.

Фенолформальдегидные смолы n – продукты поликонденсации фенола C6H5OH с формальдегидом CH2=O.

Химические свойства

Полимеры могут перебывать в следующих состояниях: твердое, жидкое, аморфное, кристаллическое фазовое, а также высокоэластическое, вязкотекучее и стеклообразное деформационное. Широкое применение полимерных материалов обусловлено их высокой стойкостью к различным агрессивным средам, таким как концентрированные кислоты и щелочи. Они не подвержены воздействию электрохимической коррозии. Кроме того, с увеличением их молекулярной массы происходит снижение растворимости материала в органических растворителях. А полимеры, обладающие пространственной структурой, вообще не подвержены воздействию упомянутых жидкостей.

Преимущества пластмасс

Во-первых, пластик значительно легче металла. Это позволяет снизить общий вес автомобиля и сопротивление воздуха при движении, и тем самым — уменьшить расход топлива, а значит и снизить выброс выхлопных газов.

Во-вторых, применение пластмасс дает колоссальные возможности для формообразования, позволяя изготавливать детали самых сложных и хитроумных форм и реализовывать любые дизайнерские идеи.

К преимуществам пластмасс также относятся их высокая коррозионная стойкость, устойчивость к атмосферным воздействиям, кислотам, щелочам и другим агрессивным химическим веществам, высокий коэффициент шумоподавления, отменные электро- и теплоизоляционные характеристики.

Так что неудивительно, почему пластмассы получили такое широкое распространение в автомобилестроении.

Предпринимались ли попытки создать полностью пластмассовый автомобиль? А как же! Вспомните легендарный «Трабант», выпускавшийся в Германии более 40 лет назад. Кузов этого героя анекдотов был полностью изготовлен из слоистого пластика.

Для получения этого пластика использовалась поступавшая с текстильных фабрик хлопчатобумажная ткань. 65 слоев этой ткани, чередуясь со слоями размолотой крезолоформальдегидной смолы, спрессовывались в очень прочный материал толщиной 4 мм при давлении 40 атм. и температуре 160 °С в течение 10 мин.

Trabant. Самый популярный в мире автомобиль из пластика

Цельнопластмассовые кузова серийных авто разрабатываются и сейчас, многие кузова спортивных автомобилей полностью делают из пластика. Традиционно металлические детали (капоты, крылья) на многих автомобилях сейчас также меняют на пластиковые, например, у автомобилей Citroën, Renault, Peugeot и других.

Только если кузовные детали народного Трабанта вызывали скорее ироническую усмешку, то пластиковые элементы современных авто, обладающие высочайшей прочностью, антикоррозионной стойкостью и малым удельным весом, заставляют с уважением относиться к этому материалу.

Заканчивая разговор о преимуществах пластмасс нельзя обойти стороной тот факт, что большинство из них хорошо поддается окрашиванию, пускай и с некоторыми оговорками. Не будь у пластика такой возможности, вряд ли бы этот материал снискал столь высокую популярность.

Виды полимеров

Особенностью молекул данного материала является большая молекулярная масса, которая соответствует следующему значению: М>5*103. Соединения с меньшим уровнем этого параметра (М=500-5000) принято называть олигомерами. У низкомолекулярных соединений масса меньше 500. Различают следующие виды полимерных материалов: синтетические и природные. К последним принято относить натуральный каучук, слюду, шерсть, асбест, целлюлозу и т. д. Однако основное место занимают полимеры синтетического характера, которые получают в результате процесса химического синтеза из соединений низкомолекулярного уровня. В зависимости от метода изготовления высокомолекулярных материалов, различают полимеры, которые созданы или путем поликонденсации, или с помощью реакции присоединения.

Полимеры: свойства и классификация

Самая распространенная классификация полимеров по их составу:

• высокомолекулярное органическое;
• элементоорганическое;
• неорганическое высокомолекулярное.

Классификация полимеров по происхождению:

• природное происхождение, в естественной среде у природных полимеров (основополагающие в этом виде – полимеры белков, где мономер – аминокислота, полисахариды);
• искусственное происхождение у высокомолекулярных веществ- измененные химически модифицированные природные вещества (так из целлюлозы делается пластмасса);
• добытые синтетическим путем, используя полимеризацию или поликонденсацию различной структуры и длины. От длины цепочки зависит свойство и применение полимера.

Располагаться мономеры в пространстве могут по разному, отсюда различия в структурах. Она может быть:

• линейной;
• лестничной;
• пространственной.

Смотрите видео о том, что такое полимеры.

Линейная структура может быть прямой цепочкой, протянувшейся зигзагом или спиралью. Участки цепи повторяются и прочно соединяются между аналогичными участками такой же цепи.

Характеризующая особенность первой структуры – обладание гибкостью. Отсюда особенность продуктов – высокая эластичность и малая изменяемость структуры при низких температурах, отсутствует хрупкость, ломкость на морозе. (Например, полиэтилен).

Во второй структуре участвует две цепочки, химически связанные между собой. Свойства данного вида полимеров: Жесткость, выносливость высоких температур и нерастворимость в растворителях органики.

Пространственное соединение образуется из не мелких мономеров, но целых молекул поперечно. Внешне это строение напоминает сетку с ячейками разного размера. Жесткость и теплостойкость в этом соединении значительно выше, чем у линейной структуры.

Ненасыщенные полиэфиры

Большое распространение получили полиэфирные полимеры ненасыщенного типа. Они представлены в виде вязких жидкостей, которые могут переходить в твердое состояние при введении определенного отвердителя. Большое распространение получили ненасыщенные полиэфиры в строительстве.

Данная группа делиться на две категории:

1. Полиэфирмалеинатные смолы – растворы ненасыщенного типа, которые обладают высокой способностью сшивки. При смешивании определенных элементов получается твердая поверхность, устойчивая к механическому и химическому воздействию. Процесс отвердевания занимает несколько часов, полную прочность структура набирает в течение суток или большего срока.
2. Полиэфиракрилаты – смолы олигомерного типа, которые в своем составе не имеют стирола. Следует учитывать, что эта группа материалов характеризуется высокими прочностными качествами и химической стойкостью. Для того чтобы повысить прочность этого вещества его армируют стекловолокном. За счет подобной модификации получают стеклопластик, который обладает исключительными эксплуатационными качествами.

Ненасыщенные полиэфиры получили большое распространение в строительстве, так как при их использовании изготавливают смеси наливных бесшовных полов, а также различных замазок и шпаклевок. К тому же, данная группа веществ применяется при производстве лакокрасочных материалов, которые нужны для защиты древесины.