1.3. Характеристика некоторых распространенных полимеров

Для изготовления сварных конструкций наиболее широко применяют листы, трубы и пленки из термопластичных полимеров – полиамидов, полиолефинов, хлор- и фторсодержащих полимеров и сополимеров, полиакрилатов, полистирола, поликарбонатов и полиэтилентерефталата.

К полиамидам относятся полимеры, содержащие в основной цепи макромолекулы амидные группы (–СО–NH–). В большинстве случаев – это кристаллические вещества с резко выраженной температурой плавления. Отечественная промышленность выпускает главным образом капрон и нейлон, используемые для изготовления волокон, пленок, деталей машин.

Группа хлорсодержащих пластиков включает главным образом материалы на основе полимеров и сополимеров винилхлорида и винилиденхлорида.

Наиболее широкое применение получили материалы на основе поливинилхлорида в связи с его сравнительно низкой стоимостью, хорошими физико-механическими и электрическими свойствами, а также способностью перерабатываться практически всеми известными способами.

Поливинилхлорид (ПВХ) (–СН₂–СНСl–)_n – полимер линейного строения, имеющий степень кристалличности до 10%. Основное количество поливинилхлорида, выпускаемого промышленностью, используется для производства винипласта и пластиката. Винипласт выпускается в виде листов, стержней, труб. Пластикат (пластифицированный поливинилхлорид) применяется для изготовления прокладок, трубок, лент. Значительный объем в производстве поливинилхлоридных материалов занимают пленки.

Поливинилиденхлорид (–СН2–ССl2–)n имеет значительно более ограниченное применение ввиду затруднений, связанных с его переработкой и стабилизацией.

Полиолефинами называют группу материалов, образующихся при полимеризации или сополимеризации олефинов. К ним принадлежат полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, поливинилциклогексан и др. Из них производят пленки, листы, емкости, трубы, контейнеры для упаковки различных продуктов и т.д.

Большинство полиолефинов являются кристаллическими полимерами со сравнительно высокой степенью кристаллизации. По масштабу промышленного производства и разнообразию областей применения первые места среди полиолефинов принадлежат полиэтилену и полипропилену. Это обусловлено ценными техническими свойствами этих полимеров, легкостью их переработки в изделия, а также наличием дешевого сырья. Области применения полиэтилена и полипропилена очень разнообразны: изготовление пленок, труб, листов, изоляции, строительных деталей, емкостей, контейнеров и ряд других изделий.

Полиэтилен [–СН₂ – СН₂–]n характеризуется весьма малыми силами межмолекулярного взаимодействия. Этим обусловлены гибкость его полимерных цепей, повышенная морозостойкость и эластичность.

В зависимости от способа производства различают полиэтилен высокого давления, или низкой плотности (ПЭНП), и полиэтилен низкого давления, или высокой плотности (ПЭВП). В ПЭНП могут образовываться ответвления от главной цепи, наличие которых снижает плотность упаковки макромолекул.

Поэтому степень кристалличности, прочность, плотность, теплостойкость у него ниже, чем у линейного ПЭВП. Температура стеклования полностью аморфного полиэтилена 193 К.

Полипропилен тоже получают при низком давлении.

Наличие в звене метильной группы вместо одного атома водорода (по сравнению с полиэтиленом) обеспечивает пропилену более высокие прочность и температуры плавления (449 К) и стеклования (253 К).

Фторопласты (фторлоны) – это группа пластиков на основе полимеров различных ненасыщенных фторсодержащих соединений.

В нашей стране разработано и выпускается большое число фторсодержащих полимеров с самым разнообразным сочетанием физико-механических, термических, химических и реологических свойств.

Наибольшее техническое применение среди фторсодержащих полимеров получил фторопласт-4 (фторлон-4) – политетрафторэтилен, не содержащий никаких добавок и модификаторов.

В отличие от других термопластов, фторопласт-4 не переходит в вязкотекучее состояние даже при температуре деструкции (выше 688 К) и поэтому не перерабатывается обычными для термопластов методами.

В настоящее время промышленностью выпускается ряд новых плавких фторопластов, способных заменить политетрафторэтилен. Это фторопласты Ф-4М, Ф-40, Ф-42, Ф-3, Ф-32Л, и др. Все плавкие фторопласты перерабатываются методами прессования, экструзии, литья под давлением и могут быть использованы для изготовления пленок, труб, шлангов, листов, электроизоляционных и стойких к агрессивным средам изделий. Некоторые из плавких фторлонов обладают избирательной растворимостью в органических растворителях.

Полистирол – аморфный полимер с линейным строением макромолекулы с температурой стеклования 353-373 К и температурой текучести 423 К. Он легко перерабатывается литьем под давлением, обладает хорошими оптическими свойствами и низким фактором диэлектрических потерь при средних частотах. С другой стороны, полистирол легко подвергается действию многих растворителей, имеет низкую атмосферную стойкость, характеризуется низкой теплостойкостью и высокой хрупкостью.

Создана серия сополимеров стирола, отличающихся от полистирола повышенной теплостойкостью и ударной прочностью. Полимеры и сополимеры стирола используют для изготовления пленок, нитей, пенопластов, деталей светотехнической арматуры, деталей холодильников, облицовочных листов и плиток.

Группа акриловых пластиков включает полимеры и сополимеры акриловой и метакриловой кислот и их производных. Наибольшее значение среди акриловых пластиков имеет полиметилметакрилат (ПММА), который поставляется главным образом в виде листового органического стекла. ПММА представляет собой аморфный прозрачный полимер, обладающий высокой проницаемостью для излучения видимого и ультрафиолетового диапазона.

При нагреве выше 393⁰К ПММА размягчается, переходит в высокоэластичное состояние и легко формуется; выше температуры 473 К начинается заметная деполимеризация.

Достаточно широкое применение получили также сополимеры метилметакрилата с акрилонитрилом. По сравнению с ПММА эти сополимеры обладают более высокой твердостью и прочностью, применяются главным образом для изготовления безосколочного ударопрочного органического стекла для самолетов, автобусов и различных сооружений.

Полиэфиры включают группу поликонденсационных полимеров, среди которых наибольшее применение нашли поликарбонаты и полиэтилентерефталат (лавсан).

К поликарбонатам относятся сложные полиэфиры угольной кислоты. Поликарбонат характеризуется более высокой вязкостью расплава, чем другие термопласты, однако может перерабатываться всеми широко распространенными методами. Температура стеклования 403 К, текучести 573-603 К, термодеструкции 633 К. Литьем под давлением из него получают детали для холодильников, телевизоров, калориферов. Методом экструзии изготовляют стержни, листы, трубы, шланги, пленки, а также различные полые детали.

Прессованием получают прозрачные панели с гладкой поверхностью.

Полиэтилентерефталат – кристаллический полимер с температурой стеклования 350 К, текучести 553 К и термодеструкции 573 К. Полиэтилентерефталат используется для изготовления пленок и волокна (лавсан).