Оптические и цветовые свойства пластмасс

Оптические свойства полимерных материалов в значительной степени зависят как от природы полимера, так и типа наполнителя. К оптическим характеристикам относят следующие:

• коэффициент поглощения, характеризующий прозрачность материала. Определение обычно ведут на фотокалориметре.

• коэффициент преломления. По нему можно судить о возможности использования материала для создания оптических изделий¾светорассеивателей и др. определяют данную характеристику на рефрактометре.

Цветовые характеристики пластмасс определяют как по специализированным эталонам, так и с помощью спектрофотометров.

Рис. 1. Кривые термогравиметрического (ГГ),дифференциально-термогравиметрического (ДТГ) и диф­ференциально-термического анализа(ДТА)

Перспективные термопластичные материалы

В настоящее время в промышленности широко используются значительное количество самых различных термопластичных материалов. Рассмотрим новые термопластичные материалы, применение которых будет определяющим в течение ближайших десятилетий.

1. Полиолефины.

Полимеры на основе непредельных алифатических углеводородов (пропилена, этилена, изобутилена) известны сравнительно давно. Однако широкому использованию в автомобильной отрасли мешают такие моменты, как низкий модуль упругости, ползучесть и др. Однако последние разработки ряда фирм позволили получить материалы, лишенные указанных недостатков.

До недавнего времени органические перекисные соеди­нения были практически единственным классом сшиваю­щих агентов, широко применяемым в промышленности для пространственного структурирования полиолефинов.

Обладая рядом достоинств, перекисное сшивание по­лиолефинов имеет следующий существенный недостаток: на действующем технологическом оборудовании интервал между температурой переработки композиций и темпера­турой их сшивания составляет 30—40 °С, поэтому возмож­но преждевременное структурирование полимера.

Рядом зарубежных фирм: «Сумитомо бакелайт», «Дау Корнинг» (Dow Corning) и др. освоен промышленный вы­пуск сшивающихся композиций на основе полиэтилена (молдэкс, моносил, сиопласт), в которых сшивающими агентами являются органосилановые соединения [3.8].

Способ получения химически сшитого полиэтилена, разработанный фирмой «Дау Корнинг», отличается высо­кой производительностью и сравнительно низкими капи­тальными вложениями. По своим свойствам получаемый материал аналогичен полиэтилену, сшитому известными способами (радиацией или органическими перекисями). Он обладает повышенной нагревостойкостью, стойкостью к растрескиванию под действием атмосферных условий, высокой влагостойкостью, прочностью при длительной эксплуатации, а также не плавится. По новой технологии можно выпускать из сшитого полиэтилена трубы, пленки,, листовой пеноматериал и изделия, изготавливаемые литьем под давлением или выдуванием. Торговая марка материала сиоплас (Sioplas).

Сшивание проводится на обычном оборудовании (лить­евых машинах, экструдерах и т. п.), когда полимер нахо­дится в твердом состоянии, что исключает изменение прочности и размеров готовых изделий. Сшиваемый мате­риал состоит из двух компонентов — силилированного со­полимера этилена и сухой смеси, содержащей катализа­тор процесса сшивания. Эти компоненты могут -длитель­ное время храниться раздельно; сшивание осуществляется при их смешении (соотношение компонентов 95:5) под действием влаги. Молекула конечного сополимера пред­ставляет собой цепь полиэтилена с боковыми алкоксисиалильными группами; процесс сшивания идет по связям Si—О—Si, а не С—С применения других методов.

Переработка сшиваемого полиэтилена не представляет затруднений и осуществляется обычным способом. Гото­вые изделия больших размеров рекомендуется обрабатывать острым паром низкого давления (около 1000 гПа) в течение приблизительно 24 ч, сшивать материалы мел­ких деталей и тонких пленок можно путем их погружения в воду (холодную или горячую). Плотность сшивания за­висит от толщины стенок изделий, температуры и дли­тельности выдержки во влажной среде. При этом повыша­ется также стойкость полиэтилена к воздействию УФ-из-лучения. По сравнению с процессами, в которых для сшивания полиэтилена используются перекиси, производи­тельность нового процесса выше в 4 раза. Другим его достоинством является одностадийность. Ассоциацией по биологическим исследованиям в британской промышлен­ности сшитый таким способом полиэтилен допущен для применения в контакте с питьевой водой.

Физико-механические свойства некоторых марок поли­этилена, сшитого органосиланами, представлены в табл. 3.4 в сравнении с несшитым полиэтиленом.

Таблица 3.4. Показатели полиэтилена, сшитого органосиланами

Показатель	Молдекс S-161	Молдекс S-181	Несшитый ПЭНП
Плотность, кг/м3	922	924	920
Индекс расплава, г/10 мин	0,55	0,80	1,30
Содержание сшитой фракции, %	70	80	0
Разрушающее напряжение при растяжении, МПа	20,5	20	13
Относительное удлинение при разрыве, %	480	350	600
°tg 6-104 при 1 МГц	3	5	4
р, Ом-м	7-1014	7-101*	3-1014

Несмотря на то, что сшитые полиолефины обладают улучшенными свойствами, области их применения пока довольно ограничены. Из наиболее крупных областей при­менения можно назвать: термоусаживающиеся пленки, свойства и области применения которых известны за рубе­жом и в нашей стране, сшитые пенопласты и производство электрических проводов и кабелей высокого напряжения. Значительно меньше освоено применение сшитых полиме­ров для производства фасонных изделий. К таким изде­лиям относятся, например, термоусаживающиеся изделия из радиационно-сшитого полиэтилена и литьевые детали из химически сшитого полиэтилена.

Термоусаживающиеся изделия могут найти широкое применение в электротехнической и радиоэлектронной промышленности. Сущность их применения основана на «эффекте памяти формы». Если отформованную деталь из сшитого полиолефина нагреть выше температуры плавле­ния несшитого (линейного) полимера, растянуть и в рас­тянутом состоянии охладить, то приданная форма будет «заморожена» благодаря образованию кристаллических зон. Таким образом в ориентированных деталях можно «заморозить» преимущественно радиальные напряжения. В таком состоянии термоусаживающиеся изделия постав­ляются потребителю. При монтаже потребитель надевает ориентированную деталь на необходимый предмет и под­вергает его кратковременному нагреву. Кристаллизован­ные зоны при нагреве исчезают, замороженные радиаль­ные напряжения снимаются, и деталь приходит в исход­ное отформованное состояние.

Если термоусаживающаяся деталь в процессе возврата в свое исходное состояние встречает сопротивление со стороны изолируемого предмета, она, сжимаясь, плотно его обжимает. Термоусаживающиеся изделия с радиальной усадкой, равной практически 95 %, и с аксиальной усадкой не бо­лее 5 % обеспечивают герметичное и прочное соединение колпачка или переходника с выбранным сердечником [3.9], например кабелем. В дальнейшей перспективе области применения композиций на основе сшивающихся полиолефинов значительно расши­рятся.

ТЭПы на основе полипропиленов.

Термоэластопласты на основе полипропилена выпускаются под маркой Армлен ® ПП ТЭП. Это сравнительно новый материал. Марки имеют твердость по Шор А от 60 до 90 единиц и отличаются сочетанием высокой эластичности и прочности, высокой стойкостью к ударным нагрузкам, работоспособностью в широком интервале температур от -60 до 120 С, высокой усталостной прочностью, высокой стойкостью к знакопеременным нагрузкам, отличной размерной стабильностью. Материалы Армлен® ПП ТЭП могут перерабатываться методом литья под давлением и экструзией

Армлен® ПП ТЭП - это прежде всего:

Торговые марки Армлен® ПП ТЭП

Цвет Стандартный цвет – натуральный. Окрашивается в разные цвета с использованием концентратов красителей без значительного изменения физико-механических свойств.

Упаковка Упаковка – мешки по 25 кг; 40 мешков, обтянутых стреч-пленкой на паллете.

Переработка Материалы Армлен® ПП ТЭП могут перерабатываться методом литья под давлением и экструзией Перед переработкой, как правило, нет необходимости в сушке материала. При литье под давлением температура переработки материала составляет от 180°С до 220°С, в зависимости от марки. Давление литья необходимо поддерживать на уровне 90-100 МПа. Все марки отличаются очень хорошей стабильностью расплава. Материал перерабатывается на стандартных литьевых машинах. Температура формообразующей поверхности литьевой формы 30-40 °С.

ТЭПы на основе полиэфиров

Торговая марка Хайтрел®

Отличный выбор для эластичных изделий - конструкционный термоэластопласт, сочетающий лучшие характеристики эластомеров и гибких пластмасс с высокими эксплуатационными характеристиками.

Новые конструкционные термоэластопласты ХайтрелO представляют собой блок-сополимеры, состоящие из твердого (кристаллического) сегмента полибутилентерефталата и мягкого (аморфного) сегмента на основе полиэфиргликолей с длинными цепями.

Свойства материалов определяются соотношением твердых и мягких сегментов и строением сегментов.

Хайтрел® отличается хорошей стабильностью свойств в широком диапазоне температур, а также стойкостью к многим промышленным химикатам, маслам и растворителям.

Полиэтилен представляет собой термопластичный полимер с незначительной твердостью без вкуса и запаха. Рентгеноструктурный ан­ализ показывает, что ПЭ имеет кристаллическую структуру, аналоги­чную структуре обычных парафинов, например &$о&1%2^л

Степень кристалличности полиэтилена не достигает 100%. Соотношение кристаллической и аморфной фазы зависит от способа получения полимера и условий его кристаллизации.

Полиэтилен горит слабым не коптящим пламенем. В инертной сре­де полиэтилен устойчив до температуры 290 С. В интервале температур тур от 290 С до 350 С происходит деструкция ПЭ с образованием низкомолекулярных полимеров, а при более высоких температурах происходит образование спектра низкомолекулярных и газообразных продуктов, например оксидов углерода, водорода, этилена, этана. Молекулярная: структура ПЭ.

Молекула ПЭ представляет собой длинную цепь метиленовых групп содержащую некоторое количество боковых ответвлений. Чем больше разветвлений и чем они длиннее, тем ниже степень кристалличности. Это позволяет сделать вывод, что в аморфные области входят части разветвленных молекул.

Скорость охлаждения расплава полиэтилена определяет размеры кристаллических участков и степень кристалличности. Быстрое охла­ждение приводит к снижению процента кристаллической фазы и увели­чению размеров кристаллических участков.

Различие в степени кристалличности обуславливает плотность полимера. Так, ПЭ низкой плотности содержит 55 – 65% кристалличе­ской фазы, средней 66 - 73%, высокой 74 – 95%.

Повышение температуры приводит к снижению степени кристалли­чности.

Устойчивость к органическим растворителям.

При комнатной температуре ПЭ нерастрорим ни в органичеиких ни в минеральных растворителях, но способен набухать при длительном контакте с ароматическими, алифатическими и хлорированными углеводородами.

При температуре выше 70 С ПЭ начинает растворяться в толуо­ле, ксилоле, амилацетате, трихлорэтилене, скипидаре, хлорированных углеводородах, тетралине, декалине, петролейном эфире, минералъных маслах и парафине.

Растворимость ПЭ уменьшается как с увеличением кристалличес­кой фазы в полимере, так и с увеличением М.М.

Лучшими растворителями для ПЭ являются ксилол, тетралин, де­калин и трихлорэтан. \

Химическая стойкость.

При комнатной температуре ПЭ устойчив к. действию разбавленной серной и азотной кислоте, концентрированным соляной, фосфорной, му­равьиной и уксусной кислотам, щелочам, аммиаку, перекиси водорода, растворам различных солей.

Атмосферостойкостъ.

При воздействии на ПЭ кислорода воздуха, УФ - излучения, тепла наблюдаются процессы необратимого снижения физико - механических и электрических характеристик. Данный процесс получил название ста­рения полимера.

Кислород воздуха медленно при низких температурах и сравните­льно быстро при повышенных температурах окисляет полиэтилен с образованием перекисей, гидроперекисей и карбоновых кислот с образо­ванием в качестве конечных продуктов низших гомологов ПЭ - восков и масел. Процесс окисления носит автокаталитический характер и во­зрастает с ростом разветвлений.

Для замедления процесса старения ПЭ в полимер вводят антиоксиданты в количестве 0,05 - 0,2 %, В качестве антиоксидантов обы­чно используют производные ароматических аминов, ионолы и ряд др.

При воздействии УФ - излучения наблюдаются процессы фотооки­слительной деструкции, сопровождаемой как и в предыдущем случае необратимым ухудшении свойств ПЭ. Для снижения скорости фотохими­ческой деструкции в ПЭ вводят фотостабилизаторы, Лучшими фотостабилизаторами/УФ - адсорберами/ для ПЭ являются производные бензофенона, например 2 - окси-4-метоксибензофенон.

Кроме УФ - адсорберов фютостабилизирующим эффектом обладают и некоторые §епроздачные пигменты, вводимые в ПЭ.

Водостойкость.

ПЭ характеризуется высокой устойчивостью к действию воды. При длительном пребывании ПЭ в воде существенных изменений его характеристик не наблюдалось.

Механические свойства

Прочностные характеристики ПЭ возрастают с увеличением криста­ллической фазы в полимере и с ростом его М.М.

Диаграмма испытания образцов ПЭ на растяжение имеет характерную форму представленную на рис.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТИПА ПЛАСТМАСС ТЕРМИЧЕСКИМ СПОСОБОМ

Тип	Горючесть, цвет пламени и изменение формы	Запах при нагревании в пламени	Температура плавления (размягчения), ОС
Ацетилцеллюлоза	Горит хорошо с искрами. Размягчается.	Уксуса	100-110
Ацетобутиральцеллюлоза	Горит хорошо с искрами.	Прогорклого масла или сыра	-
Винипласт	В пламени горит, вне пламени не горит. Окрашивает пламя в зеленый цвет. Плавится.	Резкий – хлора.	160-220
Галалит	Горит хорошо. Форму не изменяет.	Горелого молока.	-
Меламиноформальдегид	Не загорается и не изменяет форму.	Формальдегида, рыбы.	-
Нитроцеллюлоза (целлулоид)	Горит хорошо. Пламя белое Размягчается.	Слабый – камфоры.	80-90
Полиамиды (капрон, нейлон)	Горят плохо, плавятся. Горячие тянутся в тонкие нити.	Горящей смолы.	~200
Поливинилацетат	Горит хорошо с выбрасыванием искр. Пламя окружено пурпурной оболочкой.	Уксуса	-
Поливинилбутирал	Пламя без искр. Горение ровное.	Прогорклого масла или сыра	-
Поливинилиденхлорид	Горит только при помещении в пламя. У пламени – зеленая зона. Зола черная. Размягчается.	Сладковатый, соляной кислоты.	180-200
Поливинилформальэтилаль	Горит ровно с выбрасыванием искр.	Сладковатый	-
Поливинилхлорид (полихлорвинил)	Горит только при помещении в пламя. У пламени – зеленая зона. Зола черная. Плавится.	Едкий	150-200
Полиметилметакрилат (оргстекло)	Горит голубым пламенем с потрескиванием. Много копоти. Плавится.	Очень сильный фруктовый.	~100
Полипропилен	Не горит. Плавится.	Парафина.	160-170
Полистирол (и его сополимеры)	Горит. Пламя желто-белое. Обилие копоти. Плавится.
Полиэтилен	Горит плохо. Плавится.	Парафина	Низ.давления ок. 130. Выс. давления около 105.
Полиэфиры (лавсан)	В пламени горят, вне пламени нет или горят плохо. Плавятся.	Слегка сладковатый.	Около 260.
Пластмассы на основе фенолформальдегида	Не загораются и сохраняют форму.	Формальдегида, фенола.	-
Фторопласты (фторлоны)	Не загораются и сохраняют форму.	Очень резкий.	150-290. Разложения 350-380
Этилцеллюлоза	Горит хорошо. Плавится с каплеобразованием. Пламя окружено желто-зеленой оболочкой.	Слегка сладковатый.	140-170