какая пластмасса является термопластичной

Термопластичные полимеры

Наука различает два вида полимеров – натуральные и синтетические. Синтетические полимеры получаются путем очистки, модификации, температурной обработки и разбавления натурального полимера. По отношению к нагреву полимеры могут быть термопластичными и термореактивными. Термопластичные полимеры становятся мягкими при нагревании, и вновь затвердевают при снижении температуры.

Полимер – длинная цепочка макромолекул, которые выстроены в одинаковые множественно повторяющиеся звенья. Эти звенья называют мономерами, они соединены в цепочку ковалентными химическими связями.

Полимеры отличаются большим количеством звеньев – от сотен до десятков тысяч. По своей молекулярной структуре полимеры делятся на:

Линейные полимеры могут быть также и термопластичными. Это обусловлено их физическими свойствами по изменению структуры, пластичности при воздействии на них повышенных температур. Линейный полимер считаются более мягким и менее прочным чем разветвленный вид.

Термопластичные полимеры способны при нагревании становиться мягкими, а при охлаждении возвращаться в исходное состояние. Химические связи между молекулами не разрушаются, поэтому при многочисленном нагреве продукт не теряет своих свойств.

Свойства и применение

Термопластичными называют полимеры, которые при нагревании переходят из твердого состояния в мягкое, тягучее, а при охлаждении снова принимают твердую форму. Данные элементы получают реакцией полимеризации. Эта реакция проходит под большим давлением и без применения примесей. Реакция полимеризации стала возможна только благодаря современной химии и специализированной аппаратуре. Получить данный процесс в естественных условиях невозможно.

Свойства термопластичных полимеров вызваны способом соединения мономеров – соединение осуществляется в одном месте, в одном направлении. Другими словами, молекулы соединены между собой в линию при линейном виде, и в виде нескольких линий, сплетенных в паутину, при разветвленной структуре.

При нагревании эти связи слабеют, и полимер размягчается. Такая простота обработки обуславливает широкое применение материалу при производстве формовочных деталей и других сложных изделий.

Термопластичные полимеры хорошо плавятся, а также растворяются в реагентах и растворителях. При испарении растворителя материал твердеет и приобретает прежние свойства. Это качество применяется при производстве различных клеев, лаков, красок, герметиков, замазок и других строительных растворов, имеющих в своем составе полимеры.

Из термопластичных полимеров выделяют:

На основании полимеров, исходных веществ и способов обработки выделяют следующие окончательные продуты:

Самое широкое применение термопластичные полимеры получили в строительстве при изготовлении материалов для изоляции, органических стекол, пленок и покрытий различной плотности и толщины, тонких волокон, а также в качестве связующих основ для клеев, штукатурок и теплоизоляционных материалов.

Из полимеров изготавливают бутылки и различные по форме сосуды, тару, трубы, детали машин оргтехники, компьютеров и электронного оборудования. А также используют при производстве напольного покрытия — линолеума, плитки, плинтусов, отделочных декоративных пленок, настенных панелей и пластика.

Полиэтилен

При изготовлении полиэтилена применяются термопластичные полимеры одного вида, а в результате различных обработок, получают совершенно различные по характеристикам типы полиэтилена. В зависимости от видов полимеризации различают три вида полиэтилена:

Полистирол

Полистирол – пример самого распространенного термопластичного полимера. На вид он бесцветный, прозрачный и твердый. Полистирол является более прочным и жестким материалом, имеет большую рабочую температуру использования и меньшую склонность к старению по сравнению с полиэтиленом. Считается хорошим электрическим изолятором и обладает высокой водоотталкивающей способностью. Очень стоек к щелочным и кислотным средам, не подвержен плесени и грибкам.

Полистирол хорошо растворяется в углеводородах, сложных эфирах. Он очень хрупкий и хорошо горит.

Для увеличения прочности полистирол соединяют с другими полимерами или каучуком. Готовые изделия и заготовки из полистирола легко поддаются обработке. Детали изготавливаются при помощи литья жидкого компонента либо способом выдавливания под давлением.

Из полистирола изготавливают лабораторную химическую посуду, трубки, нити, пленки и ленты. Широко используется материал в электротехнике при производстве изоляторов и, в первую очередь, защитной оболочки на электрические провода. Для промышленной дальнейшей обработки материал первоначально выпускается в листах и в виде крошки, которые в дальнейшем могут служить сырьем для конечных деталей и механизмов.

Полистирол популярен в процессе сополимеризации, когда смешивают два и более полимера. Получаются материалы, которым придаются дополнительные полезные свойства своих компонентов. Как правило, это прочность, огнестойкость, стойкость к растрескиванию. Жидкий полистирол с растворителем применяется при производстве клеев и клеевых основ. Широко используется в строительстве при производстве пенополистирола. Из данного материала выпускаются теплоизоляционные блоки.

Пенополистирол производят из эмульсионного полистирола методом прессовки.

Пенополистирол используется для теплоизоляции холодильных установок, продуктовых витрин и другого торгового оборудования. Данный материал внешне напоминает застывшую пену. Хорошо выдерживает повышенную влажность, не подвержен гниению, стоек к образованию бактерий и грибков. Может использоваться при температуре до + 70С градусов. Главный недостаток пенополистирола – повышенная горючесть.

Полипропилен

Еще один распространенный термопластичный полимер – полипропилен. В качестве исходного вещества для производства полимера используют – пропилен.

Имеет твердую, прочную структуру, устойчив к механическим воздействиям и к коррозийным процессам. Непрозрачный, как правило, белого цвета, не растворим в органических растворителях. Температура плавления +175С, а при 140 градусов продукт становится мягким на ощупь.

Полипропилен хорошо выдерживает механические нагрузки, не теряя при этом своих свойств. Необходимо отметить чувствительность материала к воздействию света — под действием солнечных лучей и воздуха полипропилен разлагается, теряет блеск, что приводит к ухудшению его механических и физических свойств.

Формулы термопластичных полимеров

Применяется для производства пленок, упаковок, контейнеров для сыпучих продуктов и круп, одноразовой посуды. Из этого материала изготавливают трубы и фитинги, игрушки и канцелярию. При изготовлении изделий из полипропилена используются все известные способы обработки полимеров.

Другие распространенные термопластичные полимеры

Также можно выделить еще целый ряд полимеров, которые хорошо зарекомендовали себя в строительстве, робототехнике и производстве бытовых приборов, деталей и компонентов для них.

Поливинилхлорид широко применяется при производстве пластмасс, используемых в конечных изделиях в строительстве: линолеум и декоративная плитка, водопроводные трубы, плинтуса, запасные части, шестеренки, и других подвижные детали бытовых приборов и техники.

Поликарбонат – новый вид полимера, который нашел широкое применение при производстве электрических розеток и вилок напряжением 220 и 380 Вольт, а также корпусов бытовой техники.

Поливинилацетат – очень часто применяется в строительстве в виде связующих компонентов для лаков, красок, как пластификатор для цементных растворов.

Фторопласт – считается фторсодержащим полимером. Материал широко применяются в электро- и радиотехнике, при производстве водопроводных труб, вентилей и кранов, бытовых и промышленных насосов, медицинских инструментов и техники, в криогенных емкостях для нанесения на поверхность.

Из всего сказанного можно сделать вывод, что повседневно нас окружают изделия, техника, посуда и приборы, которые изготовлены или содержат в своей основе термопластичные полимеры. Такую популярность им придают эксплуатационные свойства, такие как твердость, стойкость к кислотам и щелочам, долговечность, универсальность и легкость в обработке, малый вес и большой диапазон рабочих температур.

Нейтральный цвет всех полимеров позволяет с легкостью окрашивать заготовки и конечный продукт в любую желаемую палитру. Это дает возможность подбирать готовые изделия из пластмасс под цвет комнаты и интерьера любой формы и сложности исполнения.

Источник

Учебные материалы

Полиэтилен, полистирол, поливинилхлоридные пластики (винипласт и др.), фторопласты, полиамидные смолы, органическое стекло. Обладают малой термостойкостью (80…100 0С) (фторопласт 200…250 0С), высокими электроизоляционными свойствами, водостойкостью, химической стойкостью. Легко обрабатываются резанием, склеиваются, свариваются.

Полиэтилен

Продукт полимеризации этилена:

По плотности полиэтилен подразделяют на полиэтилен низкой плотности, получаемый при полимеризации при высоком давлении (ПЭВД), содержащий 55…65 % кристаллической фазы, и полиэтилен высокой плотности, получаемый при низком давлении (ПЭНД), имеющей кристалличность до 74… 95 %. Чем выше плотность, тем выше прочность и теплостойкость. Длительно можно применять его при температуре 60…100 0 С.

Недостатком полиэтилена является его подверженность старению. Под старением полимерных материалов понимается самопроизвольное необратимое изменение важнейших технических характеристик, происходящее в результате сложных химических и физических процессов, развивающихся в материале при эксплуатации и хранении.

Причинами старения являются свет, теплота, кислород, озон и другие немеханические факторы. Старение ускоряется при многократных деформациях, повышенной температуре. Как правило, повышается твердость, хрупкость, наблюдается потеря эластичности.

Изготавливают коррозионно-стойкие трубы, тройники, уплотнения, прокладки, шланги, пленки, оболочки контейнеров и емкостей для хранения сильных кислот, электроизоляторы.

Полистирол

Продукт полимеризации стирола при 70 0 С в присутствии катализаторов:

Ударопрочный полистирол представляет собой блоксополимер стирола с каучуком (УПС). Он имеет в 3…5 раз более высокую ударную вязкость и в 10 раз более высокое относительное удлинение по сравнению с обычным полистиролом. Используется в основном в электротехнике для изготовления электроизоляции, сосудов для воды и химикатов, труб и др.

Хлорвиниловые пластмассы

Полимеризация венилхлорида (хлорвинила):

Пластики этого типа:

Фторопласты

Получают полимеризацией непредельных галоидных производных этилена:

тетрафторэтилен фторопласт (тефлон)

Фторопласт-4 имеет σ _в = 16…25 МПа, d= 250…300 %, размягчается при нагреве выше 400 0 С, может эксплуатироваться в интервале температур от минус 195 0 С до 250 0 С. Является аморфно-кристаллическим полимером. Практически он разрушается только под действием расплавленных щелочных металлов и элементарного фтора, кроме того, пластик не смачивается водой. Это наиболее высококачественный диэлектрик. Имеет очень низкий коэффициент трения (f = 0,04), который не зависит от температуры. При высокой температуре нагрева выделяется токсичный фтор. Применяют для изготовления труб, вентилей, кранов, насосов, уплотнительных прокладок, антифрикционных покрытий на металлах (подшипники, втулки).

Фторопласт-3 — эмульсионный полимер трифтормонохлорэтилен (-СF₂ = СFСl-) × n — Фторлон — 3. Введение атома хлора снижают диэлектрические свойства, но появляется пластичность.

По химической стойкости сходен с Фторопластом-4, но более прочен и менее термостоек, работает от минус 195 0 С до 70 0 С.

Фторопласт-3М обладает большей теплостойкостью — до 170 0 С, более эластичен и легче формуется, чем Фторопласт-3. Изготавливают трубы, шланги, клапаны, защитные покрытия металлов и др.

Органическое стекло (плексиглаз)

Продукт полимеризации сложных эфиров акриловой (СН₂=СН×СООН) и метакриловой [СН₂=С(СН₃)×СООН] кислот. Иногда вводят пластификаторы – дибутилфталат:

Оргстекло прозрачно, обладает морозостойкостью и малой огнеопасностью, склеивается, сваривается, шлифуется, обрабатывается резанием. Более чем в 2 раза легче минеральных стекол.

Стекло СОЛ (стекло органическое листовое) может эксплуатироваться от минус 60 0 С до 60 0 С. Стекло СТ-1-от минус 60 0 С до 140 0 С, Т-2-от минус 55 0 С до 250 0 С. Для более высоких температур используют силикатные стекла, прозрачные ситаллы, кварцевые стекла — до 1000 0 С.

Органическое стекло стойко к действию разбавленных кислот и щелочей, углеводородных топлив и смазочных материалов. Из него изготовляют светотехнические детали, оптические линзы и т.д.

Пентапласт

Является хлорированным простым полиэфиром. Он более устойчив к нагреву по сравнению с поливинилхлоридом. Прочность близка к прочности винипласта, но выдерживает температуру 180 0 С. Хорошо формуется, стоек к истиранию, водостоек, имеет удовлетворительные электроизоляционные свойства. Из пентапласта изготавливают трубы, клапаны, детали насосов, емкости, пленки и защитные покрытия на металлах.

Уважаемые студенты!
Специалисты нашего сайта готовы оказать помощь в учёбе по разным предметам:
✔ Решение задач
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах

Источник

Пластические массы — пластмассы, пластики

Пластмассы — материалы на основе природных или синтетических полимеров, способные под влиянием нагревания и давления формоваться в изделия сложной конфигурации и устойчиво сохранять приданную им форму.

Пластические массы относятся к полимерным высокомолекулярным синтетическим материалам. Их (как и металл) можно сваривать, прессовать и прокатывать. Кроме того, из них отливают детали самой сложной формы.

1. Состав, классификация, свойства и применение пластмасс

Пластмассы разделяют на простые и сложные. Простые пластмассы представляют собой чистые полимеры (полиэтилен, органические стекла и др.). Сложные пластмассы состоят из полимера, наполнителя, отвердителя, пластификатора, красителя и смазывающих добавок. Некоторые из перечисленных компонентов в отдельных видах пластмасс могут отсутствовать.

Полимер — основной элемент пластмассы, выполняющий роль связующего вещества. Характерной чертой полимеров является пластичность (способность материала принимать придаваемую ему форму под воздействием тепла и давления и устойчиво ее сохранять).

Наполнитель вводят с целью снижения стоимости материала и обеспечения ему заданных свойств (в первую очередь, прочностных). К наиболее распространенным наполнителям относятся древесная или минеральная мука (порошковые наполнители). Для получения особо прочных пластмасс в качестве наполнителя используют хлопчатобумажные и стеклянные ткани, бумагу или древесный шпон (тонкий лист древесины). Такие пластмассы называют слоистыми пластиками.

Пластификатор используют для повышения пластичности пластмасс. В качестве пластификаторов применяют эфиры многоатомных спиртов и многоосновных кислот.

Отвердитель (ингибитор) применяется для ускорения перехода термореактивных смол в неплавкое состояния или в твердое состояние термопластичных смол.

Смазывающие добавки повышают текучесть материала при переработке и предупреждают прилипание изделия к формообразующей оснастке.

Антистарители (антиокислители) используют для замедления процесса окисления пластмасс (особенно при повышенной температуре и воздействии света).

Красители служат для придания пластмассам требуемого декоративного вида, а также для уменьшения влаго- и светопоглощения.

Кроме того, в пластмассы вводят стабилизаторы, которые связывают низкомолекулярные продукты разложения полимеров, ускорители или замедлители процесса отверждения пластмасс.

В зависимости от химической природы полимеров пластические массы разделяют на четыре класса.

По виду основного вещества, т. е. его свойств при нагреве, все пластмассы подразделяют на термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты). Термопласты отличаются высокой технологичностью и небольшой усадкой при формовке, обладают большой упругостью и не склонны к хрупкому разрушению. Детали из них преимущественно изготавливаются без наполнителя. Термореактивные пластмассы хрупкие и дают большую осадку, поэтому использование наполнителя при изготовлении из них деталей предпочтительно.

2. Термопластичные пластмассы

Термопласты делят на неполярные и полярные. К первым относятся полиэтилен, полипропилен, полистирол и фторопласт-4, ко вторым — органическое стекло, фторопласт-3, поливинилхлорид, полиамиды, полиуретаны, поликарбонаты, полиформальдегид и др. Полиэтилен в зависимости от способа полимеризации и достигаемой плотности подразделяют на полиэтилен низкой и полиэтилен высокой плотности, отличающиеся молекулярной массой и степенью кристалличности. Чем выше плотность и кристалличность полиэтилена, тем выше его прочность и теплостойкость. Полиэтилен химически стоек и из него изготавливают кислотостойкие трубы, краны, пленки и различную арматуру. Он обладает высокими диэлектрическими свойствами и служит в качестве защитных покрытий от коррозии и тока на металлических изделиях.

Полипропилен обладает высокими физико-механическими свойствами, по которым он превосходит полиэтилен. Полипропилен является сырьем для получения эластичных и устойчивых к кислотам и щелочам волокон. Из пропилена изготавливают пленки, трубы, детали холодильников, мотоциклов и автомобилей. Главным его недостатком является невысокая морозостойкость (до – 20 °С).

Из полистирола получают нити, пленочные материалы, различные легко нагруженные фасонные изделия. Из-за исключительно высоких диэлектрических свойств его широко используют в радиотехнике и электронике. Среди термопластов полистирол наиболее стоек к воздействию ионизирующего излучения. Недостатками полистирола являются невысокая теплостойкость и склонность к трещинообразованию.

Фторопластами называют фторсодержащие полимеры (кроме фторкаучука).

Фторопласт-4 является аморфно-кристаллическим полимером. Он относительно мягок, но охрупчивается при очень низких температурах (до – 270 °С) и не растворяется в кислотах и щелочах. Фторопласт имеет низкий коэффициент трения и по этой причине широко используется при изготовлении подшипников. Из фторопласта-4 делают уплотнительные элементы и химически стойкие детали (трубы, краны, вентили, мембраны и т. д.). Недостатками этого полимера являются токсичность и трудность переработки.

Фторопласт-3 уступает по химической стойкости фторопласту-4, но превосходит по этому показателю другие полимеры. Фтороплст-3 применяют для изготовления деталей насосов, счетчиков, клапанов, а также для изготовления мембран и диафрагм. Изделия из фторопласта-3 могут работать без изменения свойств только при температурах не выше 70 °С.

Органическое стекло — это прозрачный аморфный термопласт. Оно пропускает ультрафиолетовое излучение, отличается высокой стойкостью в атмосфере и не подвергается действию разбавленных кислот и щелочей. Органическое стекло применяется в самолетостроении и автомобилестроении, а также в оптической промышленности.

Из чистой поливинилхлоридной смолы со стабилизаторами получают винипласт который является аморфным полимером. Для винипласта характерна повышенная жесткость и высокая механическая прочность. Он хорошо обрабатывается, сваривается и склеивается. Этот материал не поддерживает горение, химически стоек. Из винипласта изготавливают детали запорной арматуры, используемой в химической промышленности, и элементы крупных вентиляционных систем в помещениях с агрессивной средой. Кроме винипласта из поливинилхлорида получают поливинилхлоридовый пластикат, который, в основном, используется для получения бытовых изделий и в качестве заменителя кожи.

Полиамиды обладают хорошей жидкотекучестью, высокой стойкостью против истирания, низким коэффициентом трения и легко поддаются механической обработке. Наиболее известными пластмассами этой группы являются капрон и нейлон. Из капрона изготавливают детали, используемые в узлах трения, а также втулки, подшипники, шестерни зубчатых передач, которые отличаются масло- и бензиностойкостью. Капрон применяется в авиа- и судостроении. Капроновые волокна используются при изготовлении сетей, строп и т. п. Нейлон обладает более высокой теплостойкостью и износостойкостью, чем капрон и используется для производства синтетических волокон.

Свойства полиуретанов близки к свойствам полиамидов. Уступая полиамидам по прочности и теплостойкости, полиуретаны превосходят их по электроизоляционным свойствам и химической стойкости.

Поликарбонат сохраняет высокую ударную вязкость при повышенных и отрицательных (до – 100 °С) температурах, что обуславливает его использование в качестве конструкционного материала для небольших деталей. Из него изготавливают подшипники, шестерни, медицинское оборудование, радиодетали.

Полиформальдегид относится к линейным полимерам. Его отличает жесткость, твердость, высокие ударная вязкость и упругость, низкий коэффициент трения по стали. Полимер может работать при температурах от + 30 °С до + 130 °С. Из полиформальдегида изготавливают подшипники, шестерни, детали вентиляторов, бытовых машин, автомобилей и т. д.

Механические свойства некоторых термопластов представлены в таблице 1.

Таблица 1. Свойства термопластичных пластмасс

3. Термореактивные пластмассы

В термореактивных пластмассах связующим веществом служат термореактивные смолы (фенолоформальдегидные, эпоксидные и кремнийорганические).

Термореактивные пластмассы классифицируют с учетом структурного состояния используемого наполнителя на порошковые, волокнистые и листовые.

В качестве порошковых наполнителей используются древесная мука и порошки минерального происхождения (графит, кварц, слюда, асбест). Однородное распределение порошка в связующей массе обеспечивает высокую степень изотропности структуры и механических свойств порошковых пластмасс. Однако их показатели прочности и пластичности достаточно низкие (временное сопротивление 30 МПа, предел прочности при изгибе 60 МПа, ударная вязкость 4…6 кДж/м 2 ).

Пластмассы с минеральными наполнителями обладают химической стойкостью и повышенными электроизоляционными свойствами.

Материалы на эпоксидной основе используются для «залечивания» отливок и восстановления изношенных деталей; а также при изготовлении инструментальной и литейной оснастки.

Пластмассы с волокнистыми наполнителями обладают анизотропией механических свойств. Степень анизотропности определяет длина волокон наполнителя. В зависимости от природы наполнителя различают следующие виды пластмасс: волокниты, асбоволокниты и стекловолокниты. В качестве наполнителя фенолформальдегидных смол соответственно используются очесы хлопка, волокна асбеста и стекловолокно. Волокнистые пластмассы (особенно стекловолокниты), отличаются повышенными теплостойкостью (до 280 °С) и ударной вязкостью (25…150 кДж/м 2 ). Волокниты применяют для изготовления фланцев, шкивов, втулок. Асбоволокниты используются в качестве фрикционных материалов в тормозных системах. Из стекловолокнитов изготавливают детали с резьбой и электротехнические силовые элементы.

К слоистым пластмассам относятся текстолит, гетинакс, асботекстолит, стеклотекстолит и древесно-слоистый пластик (ДСП). В текстолите наполнителем служит хлопчатобумажная ткань. Текстолиты хорошо гасят вибрации и не раскалываются. В этой связи текстолиты являются отличным материалом для изготовления слабонагруженных подшипников и зубчатых колес. В гетинаксе наполнителем служит бумага. Гетинакс используют в качестве электротехнического и декоративного (облицовочного) материала. Асботекстолит на кремнийорганическом связующем отличается высокими теплозащитными и теплоизоляционными свойствами. Свойства стеклотекстолитов зависят от природы связующего. Фенолоформальдегидные смолы, обеспечивают повышенную теплостойкость и лучшие электроизоляционные свойства.

Все большее применение в народном хозяйстве находят кремнийорганические полимеры (силиконы). Важнейшими свойствами применяемых кремнийорганических полимеров являются высокая термическая стойкость, стойкость к воздействию окислительных и агрессивных сред, высокие диэлектрические характеристики. На основе силиконов разработаны клеи, герметики, лаки, эмали, конструкционные материалы, смазки. Для повышения адгезионных свойств лаков и эмалей в состав кремнийорганических смол вводят эпоксидные, полиэфирные и фенольные смолы. Кремнийорганические полимеры применяются в электротехнической промышленности, машиностроении и авиастроении. Кремнийорганические каучуки используются для получения морозостойких и теплостойких резин.

Древеснослоистые пластики с наполнителем из листов древесного шпона имеют хорошие механические свойства и низкий коэффициент трения.

Механические свойства реактопластов представлены в таблице 2.

Таблица 2. Свойства термореактивных пластмасс

Источник