Пластмаси, їх види, властивості та області застосування, Статті

16.09.2015

Новини полімерної промисловості

Пластмаси, їх види, властивості та області застосування

Пластмасами називають матеріали, основною сполучною компонентом яких є синтетичний або природний полімер, а іншими компонентами служать наповнювачі — пластифікатори, барвники, мастила, стабілізатори та ін Пластмаси здатні при певних умовах формуватися і зберігати надану їм форму.

За способом виготовлення синтетичні полімери поділяють на отримані полімеризацією, поліконденсацією і хімічним модифікуванням.

Полімери першого типу отримують в результаті протікання реакції полімеризації, тобто утворення полімерів при взаємодії декількох мономерів, без зміни початкового складу. До них відносять поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид, полістирол, политетрафторзтілен та ін

Полімери другого типу утворюються з кількох мономерів, у результаті протікання реакції поліконденсації; в цьому випадку процес отримання полімеру супроводжується виділенням побічних продуктів (наприклад, води, вуглекислоти, аміаку та ін), у результаті чого склад полімеру не відповідає складу початкових речовин. Реакція поліконденсації протікає з участю каталізаторів (кислот або підстав). Природа каталізатора впливає на характер продукту поліконденсації. Так, при взаємодії мономерів (фенол і формальдегід) в кислому середовищі утворюється полімер, званий новолачние смолою, яка має лінійну або розгалужену структуру зв’язку. Ця смола при нагріванні розм’якшується, а при охолодженні застигає, не зазнаючи при цьому хімічних перетворень. При взаємодії тих же мономерів в основний середовищі утворюються різальні смоли, мають тривимірне, сітчасте будова. Ці смоли внаслідок глибоких хімічних перетворень втрачають властивість розм’якшуватися при повторному нагріванні. До поликонденсационным синтетичним полімерам відносять фенолоформальдегидные, меламіно-формальдегідні, сечовино-формальдегідні та інші смоли, складні поліефіри і т. д.

Нарешті, полімери третього типу отримують шляхом заміни атомів водню або інших елементів на нові атоми і групи в полімерного ланцюга, набуває нових властивостей. Широко використовують хлорування полімерів, при якому отримують хлорований поліетилен, хлорований полівінілхлорид і т. д.

Синтетичні полімери отримують при хімічній переробці кам’яного вугілля, природного і промислового газу, нафти й інших видів сировини.

До природних полімерів або смол відносять шелак, природні і нафтові асфальти, каучук, целюлозу, каніфоль, природні бітуми і т. д.

Фізико-хімічні властивості пластмас, методи виготовлення з них виробів і область застосування в значній мірі визначається наповнювачем. В якості наповнювача використовують матеріали органічного і неорганічного походження: деревне борошно, бавовняні очоси, папір, графіт, цемент, сажа, скляне волокно, тканини, слюда і т. д.

Для підвищення пластичності та інших технологічних властивостей пластмаси в склад вихідної суміші вводять пластифікатори (камфору, олеїнову кислоту, дихлоретан, дибутилфталат і ін). Для прискорення процесу затвердіння при переробці вихідного матеріалу у вироби застосовують каталізатори (вапно, магнезія, уротропін та ін.).

До складу вихідних сумішей в невеликих кількостях (0,5. 1,5%) вводять змащувальні речовини (стеарин, віск та ін). Вони запобігають прилипанню до прес-формам пластмасових виробів при їх виготовленні.

Для додання виробу певної забарвлення до складу вихідних сумішей вводять барвники (анілінові барвники, нігрозин і ін).

При виготовленні пластмасових виробів вихідний матеріал піддають спільному дії нагріву та тиску. В залежності від зміни властивостей при нагріванні полімери поділяють на дві основні групи: термопластичні і термореактивні. Перші з них утворюються на базі новолачных смол а другі — на базі різальних смол.

Термопластичні полімери (термопласти) при нагріванні розм’якшуються, переходячи спочатку у високоеластичний, а потім у в’язкотекучий стан; при охолодженні вони тверднуть. Процес цей є оборотним, тобто його можна повторювати багаторазово. До термопластів відносять полімери з лінійною та розгалуженою структурою зв’язку; у них мономери пов’язані один з одним тільки в одному напрямку. При повторному нагріванні такі хімічні зв’язки не руйнуються; молекули мономерів набувають гнучкість і рухливість, тобто жодних незворотних хімічних перетворень при нагріванні і охолодженні не відбувається.

Термореактивні полімери (реактопласти), при нагріванні спочатку розм’якшуються, якщо вони були твердими, а потім переходять у твердий стан. Процес цей є незворотнім, тобто при нагріванні відбуваються незворотні хімічні перетворення і при повторному нагріванні такі полімери не розм’якшуються. До реактопластам відносять полімери з сітчастою або зшитою структурою зв’язку. Такі полімери утворюють у гігантських макромолекулах дво — або тривимірні зв’язки, тобто їх мономери або лінійні молекули жорстко пов’язані між собою і не здатні взаємно переміщатися.

Термопластичні пластмаси

— група пластмас на основі синтетичних полімерів, отриманих реакцій ланцюгової полімеризації: поліетилен, поливинилхлорад, поліаміди, поліуретани, полістирол, полиформальдегид. поліметилметакрилат, полікарбонат, поліпропілен, фторопласт та інші.

Поліетилен залежно від способу виробництва розрізняють

· високого тиску (ВД) або низькою (0,918. 0,930 г/см*) щільності, його отримують полімеризацією етилену при температурі 200. 250°С;

· середнього тиску (СД) або середньої (0.931..0.945 г/см2) щільності, його виготовляють полімеризацією етилену в присутності каталізатора (окис хрому і кремнію) при 125-150°С;

· низького тиску (НД) або високою (0,946. 0,970 г/см2) щільності, його отримують в присутності каталізатора (тетрахлориду титану та ін) при температурі до 60оС.

Чистий поліетилен на повітрі піддається старінню, стає твердим і крихким. Для уповільнення старіння при термічній переробці до нього додають термостабілізатор (ароматичні аміни, феноли, сірчисті сполуки), а для поліпшення світлостійкості вводять світлостабілізатори (сажа, графіт). Поліетилен широко застосовують в техніці у вигляді конструкційних деталей різних машин і механізмів, труб, листів, плівки, кабельної ізоляції, покриттів і т. д.

Полівінілхлорид — матеріал аморфної структури білого кольору. Полівінілхлорид випускають без пластифікатора (непластифікований полівінілхлорид, або вініпласт) і з пластифікатором (пластифікований полівінілхлорид, або пластикат).

Вініпласт — матеріал, для виготовлення плівки, листів, труб і профільних виробів. Плівка з вініпласту може застосовуватися при температурах від -20 до +60°С. Листової вініпласт випускають трьох марок: ВН (вініпласт непрозорий), ВП (прозорий) і ВІТ (нетоксичний). Вініпласт у вигляді труб і профільних виробів застосовують в хімічній промисловості. Вініпласт має щільність 1,3-1,6 г/см3, межа міцності 45-55 МПа, ударну в’язкість 120 кДж/м2.

Пластикат зазвичай отримують із суміші полімеру з пластифікатором і стабілізатором (сажа, двоокис титану тощо). Пластикат випускають листовий, прокладочний, профільний декоративний кабельний светотермостойкий і т. д. Механічні властивості пластикату трохи нижче механічних властивостей вініпласту, а морозостійкість становить до-50оС. При добавці спеціальних пластифікаторів і барвників на основі пластикату отримують винилит — тонку бавовняну тканину, покриту з одного боку пластикатовою плівкою (застосовують для плащів, накидок та інших виробів) і лінолеум — пластикат з наповнювачем.

Поліамід отримують поліконденсацією амінокислот, а також діамін з дикарболовыми кислотами. Його застосовують для виробництва синтетичних волокон і ниток, антифрикційних виробів, труб, плівок, різних деталей машин і приладів. Поліамідні волокна найбільше застосування отримали в текстильній промисловості завдяки здатності поліаміду витягуватися і орієнтуватися при холодній витяжці. Волокна легкі (щільність 1.04. 1.14 г/см3), зносостійкі, несминаемые, мають малу гігроскопічність і гарний зовнішній вигляд. Тканини з поліамідного волокна використовуються для виготовлення мішків, приводних ременів компресорів, сепараторів, конвеєрних стрічок, електроізоляції та ін. Такі волокна мають межу міцності 4,5. 7,0 МПа і відносне подовження 20 — 30%. Поліаміди володіють високими фізико-механічними властивостями: щільність 1.12. 1.16 г/см3, sВ= 45. 95 МПа, d= 100. 300%, KCU= 100. 250 кДж/м2, НВ 4.0. 15.

Поліуретани являють собою высокоплавкие кристалічні полімери, здатні при витяжці давати орієнтовану кристалічну структуру волокна. Поліуретанові матеріали випускають у вигляді білого литтєвого порошку. З поліуретанів отримують волокна, ливарні вироби та інші матеріали. Волокна придатні для виготовлення фільтрувальних тканин, кабельної ізоляції, парашутної тканини, захисних покриттів та інших технічних цілей. Деталі радіо — і електротехнічної промисловості одержують литтям під тиском. Ці деталі можуть працювати тривалий час при високій вологості і температурі до 100. 110оС. Вироби з поліуретану мають щільність 1,21 г/см3, sВ= 50. 85 МПа, KCU= 50 кДж/м2, НВ 8 …12.

Полістирол є продуктом полімеризації стиролу. Він не розчиняється у воді і має гарну хімічну стійкість до багатьох агресивних середовищ (оцтової, соляної і фосфорної кислот, лугів, ефірів тощо). Полістирол є гарним діелектриком; електроізоляційні властивості полістиролу майже не залежать від частоти струму. Його випускають у вигляді порошків, трубок, профільних виробів, плівки, ниток, стрічок, облицювальних плит, легковагих пінопластів і т. д.

Вироби з полістиролу мають щільність 1,07 г/см3, sИ= 80. 100 МПа, KCU= 12. 20 кДж/м2, НВ 15.

Полиформальдегид володіє підвищеною механічною міцністю, має незначний знос і усадку, низький коефіцієнт тертя і високу хімічну стійкість до дії багатьох розчинників. Діелектричні властивості поліформальдегіду зберігаються при значній вологості повітря і навіть при зануренні у воду. Робоча температура виробів з поліформальдегіду від -40 до 180оС. Він має щільність .1,42. 1,43 г/см3, sВ= 70 МПа, d= 15. 20%, KCU= 90 кДж/м2, НВ 20 40, коефіцієнт тертя по сталі 0.1. 0.3. Полиформальдегид випускають у вигляді білого порошку або гранул безбарвних або забарвлених, переробляються методом лиття під тиском (при 190. 208оС), екструзією (при 170 — 190оС) і пресуванням (при 180 — 190оС).

Полиформальдегид застосовують для виготовлення різних деталей, замінюють вироби зі сталі і кольорових металів. Відомо понад 2000 прикладів застосування полиформальдегидов; при цьому 80% всього виробленого полімеру використовують для заміни металів.

Поліметилметакрилат є продуктом полімеризації метакрилової кислоти. В залежності від будови може бути твердим або м’яким при звичайній температурі; він являє собою безбарвну прозору і склоподібну масу, відому під назвою органічне скло. Легко піддається переробці пресуванням, литтям під тиском та ін Випускають у вигляді порошків, стрижнів, труб, листів, а також самоотверждающихся пластмас, світлотехнічного скла. Останнім застосовують для світильників з люмінесцентними лампами і лампами розжарювання, для предметів побутового призначення тощо Оргскло піддається обробці різанням, штампування при 150оС, зварюванню, склеюванню.

Поліпропілен отримують полімеризацією пропілену в присутності комплексного каталізатора. Він представляє собою безбарвний жорсткий нетоксичний продукт без запаху; відрізняється хорошою прозорістю і блиском. Поліпропілен можна отримати з високим ступенем кристалічності, що забезпечує йому кращі серед термопластів механічні властивості (зокрема, межа міцності при розтягуванні і статичному вигині) і теплостійкість. З поліпропілену виготовляють напівфабрикати у вигляді труб, листів, плівок, волокон; формувальні, пресувальної і литі деталі машин, холодильників, телефонів та ін. Поліпропілен має щільність 0,9 г/см3, sВ= 30. 35 МПа, KCU= 120 кДж/м2, d=400-800 %. Крім кристалічного використовують також аморфний поліпропілен для виготовлення клеїв, мастик, ізоляційних стрічок та ущільнюючих матеріалів.

Фторопласт являє собою полімер етилену, в якому всі атоми водню заміщені фтором, який дуже міцно зв’язується з атомами вуглецю і обумовлює появу у полімеру важливих технічних властивостей — високої теплостійкості і хімічної стійкості, хороших діелектричних і антифрикційних властивостей. Випускають два типу полімеру: фторопласт-4 і фторопласт-3, а також їх модифікації. Фторопласт відомий під торговою маркою тефлон.

Фторопласт-4 є кристалічним полімером, ступінь кристалічності якого становить 80-85%, -досягаючи в ряді випадків 93-97%, температура плавлення 327°С. При нагріванні до температури вище 327°С кристаліти плавляться і вся маса стає аморфною; при подальшому охолодженні він знову кристалізується. Вироби з фторопласту-4 можна експлуатувати до температури 250. 260оС, не побоюючись істотної зміни їх механічних властивостей. Фторопласт-4 є найбільш хімічно стійким матеріалом з усіх відомих пластмас. Його стійкість до хімічного впливу перевищує навіть стійкість благородних металів (золота і платини), скла, фарфору, емалі, спеціальної корозійностійкої сталі і сплавів, він володіє дуже низьким коефіцієнтом тертя (близько 0,02).

Вироби з фторопласту-4 застосовують в електро — та радіопромисловості, в хімічній і харчовій промисловості та ін

Фторопласт-3 також є высококристаллическим полімером: у повільно охолоджених зразків ступінь кристалічності досягає 85-90%. При 208-210°С він переходить у високоеластичний стан, а при подальшому нагріванні-в’язкотекучий, що дозволяє отримувати з нього деталі всіма способами переробки термопластів. Одним з важливих технологічних показників для фторопласту-3 є його висока термостійкість. Фторопласт-3 застосовують для виготовлення ущільнювальних деталей в електротехніці, хімічній промисловості, а також для антикорозійних покриттів.

Фторопласты мають щільність 2,09-2,3 г/см3, межа міцності 20 40 МПа, ударну в’язкість 100 160 кДж/м2, відносне подовження 200 250%, твердість НВ 34.

Короткий опис статті: види пластмас

Джерело: Пластмаси, їх види, властивості та області застосування — Статті — Новини полімерної промисловості — Вторинна гранула поліетилен,полістирол,ПЕ-100,ПЕ-80

Також ви можете прочитати