6.3.8. Радиационная стойкость полимеров. Абляция.

Под действием ионизирующих излучений в полимерах происходят ионизация и возбуждение, которые сопровождаются разрывом химической связи и образованием свободных радикалов. Наиболее важными являются процессы сшивания или деструкции.

При сшивании увеличивается молекулярная масса, повышаются теплостойкость и механические свойства. При деструкции, наоборот, молекулярная масса снижается, повышается растворимость, уменьшается прочность. К структурирующимся полимерам относятся полиэтилен, полипропилен, полисилоксаны, полистирол, фенолоформальдегидные и эпоксидные смолы, поливинилхлорид, полиамиды, поликарбонат. Деструктурируются политетрафторэтилен, политрифторхлорэтилен, нитроцеллюлоза, полиметилметакрилат. Для повышения радиационной стойкости в полимеры вводят антирады - ароматические амины, фенолы, дающие эффект рассеяния энергии.

Абляция. Абляция полимерных материалов это разрушение материала, сопровождающееся уносом его массы при воздействии горячего газового потока. В процессе абляции происходит суммарное воздействие механических сил, теплоты и агрессивных сред потока. Наряду с химическими превращениями при деструкции полимеров важную роль играют процессы тепло- и массообмена.

Абляционная стойкость определяется устойчивостью материала к механической, термической и термоокислительной деструкции. На абляционную стойкость влияет также структура полимера. Материалы на основе полимеров линейного строения имеют низкую стойкость (происходит деполимеризация и деструкция). Температура абляции не превышает 900°С. Материалы на основе термостойких полимеров лестничного или сетчатого строения (фенолформальдегидные, кремнийорганические и др.) имеют более высокую стойкость к абляции. В них протекают процессы структурирования и обезуглероживания (карбонизации). Для увеличения абляционной стойкости вводят армирующие наполнители. Так, стеклянные волокна оплавляются, при этом расходуется много теплоты, теплопроводность пластиков в сотни раз меньше, чем теплопроводность металлов, поэтому при кратковременном действии высокой температуры внутренние слои материала нагреваются до 200 – 350°C и сохраняют механическую прочность.

6.4. Пластические массы.

Пластические массы (пластмассы, пластики) – материалы на основе полимеров, находящиеся в период формования изделий в вязкотекучем или высокоэластическом состоянии, а при эксплуатации в стеклообразном или кристаллическом.

Это большой класс полимерных органических легко формуемых материалов, из которых можно изготавливать легкие, жесткие, прочные, коррозионностойкие изделия. Эти вещества состоят в основном из углерода (C), водорода (H), кислорода (O) и азота (N). Все полимеры имеют высокую молекулярную массу, от 10 000 до 500 000 и более. В пластмассе наряду с полимером могут содержаться наполнители, причем в термопластичные их вводят реже и в меньших количествах, чем в термореактивные.

Основой так называемых «ненаполненных» термопластов являются полимеры, структура которых почти полностью формируется при их синтезе в условиях специализированного химического производства. Возможности регулирования их свойств на стадии изготовления изделий состоят в несущественных изменениях структуры, путем отжига или ориентации, стабилизации и пластификации с помощью модифицирующих добавок, изменяющих свойства полимера. Такими добавками к полимерам являются:

1. стабилизаторы, повышающие стойкость к термоокислительным процессам, воздействию излучения, действию микроорганизмов и т. п.;

2. пластификаторы и эластификаторы, повышающие текучесть в вязкотекучем состоянии, и эластичность в стеклообразном (ударопрочность). Используют камфару, касторовое масло, дибутилфталат и другие вещества;

3. легирующие полимеры, изменяющие степень кристалличности, структуру и свойства матрицы;

4. пигменты для окрашивания.

Один из основных признаков термопластов состоит в наличие двух твердых состояний: стеклообразного и высокоэластического жидко вязкотекучего. Оба перехода плавление и стеклование являются плавными, нерезкими, и механические свойства почти непрерывно и обратимо изменяются при изменении температуры.

Природные пластические материалы. Некоторые органические пластические материалы встречаются в природе, например асфальт, битум, шеллак, смола хвойных деревьев, копал (твердая ископаемая природная смола), янтарь. Обычно такие природные органические формуемые вещества называют смолами. Модифицированные природные полимеры находят промышленное применение.

В структуре производства пластических масс наибольшая доля приходится на синтетические пластические массы, товарных видов которых известно уже несколько десятков. Наиболее много тоннажные производства приходятся на долю трех пластических масс: полиэтилена, поливинилхлорида, полистирола.