51.Строение полимеров. Физическое состояние полимеров.

Пластмасса - материал, представляющий собой композицию полимера или олигомера с различными ингредиентами, находящуюся при формовании изделий в вязкотекучем или высокоэластичном состоянии, а при эксплуатации - в стеклообразном или кристаллическом состоянии.

В полимере имеется широкий набор межатомных связей. Вдоль молекулярной цепи полимеров атомы соединены ковалентными связями, так же связаны боковые атомы водорода и их заместители с атомами основной полимерной цепи. При увеличении полярности звеньев и количества наиболее прочных ковалентных связей между макромолекулами в полимерной структуре (у реактопластов) возрастает прочность материала и увеличивается его плотность. Сопротивление разрыву полимера зависит от энергии межмолекулярных взаимодействий и количества поперечных связей (С1 ... С3). (а) (б)

Схематическое движение макромолекул

при свободном движении (а) и в ориентированном состоянии (б).

Ориентация полимерных цепей приводит к образованию поперечных сшивок, организации сетчатых многомерных структур, что в целом повышает прочность пластмассы.

полимеры находятся в одном из трех физических состояний:

I - стеклообразное. Повороты вокруг связей в молекулах затруднены. Полимер является упругим твердым телом. Под нагрузкой упругие деформации не превышают нескольких процентов, при снятии - падает до нуля. В этом состоянии при деформировании происходит незначительное искажение равновесных углов.

II - Высоконагруженное. Полимер ведет себя как эластичное тело. Под нагрузкой макромолекулы выпрямляются., углы  стремятся к 180⁰, деформация может достигнуть 500-800%. При снятии нагрузки, происходит возврат к исходному состоянию за счет теплового движения.

III - Вязкотекучее состояние. Полимер ведет себя как вязкая жидкость. Под нагрузкой распрямленные макромолекулы скользят друг относительно друга. Деформация необратима. После снятия нагрузок, полимер сохраняет полученную форму.

52. Состав, свойства и применение пластмасс.

Пластмассы - материалы, изготовленные на основе полимеров. Обязательным их компонентом является связующее - полимер. В простых пластмассах другого компонента нет. В сложных могут быть наполнители - вещества органического или неорганического происхождения, которые добавляют для повышения механических св-в, снижения усадки при прессовании, снижение стоимости. Наполнители классифицируют по геометрическому признаку: порошки (древесная мука, сажа, слюда, оксид кремния), волокна (асбестовые, хлопчатобумажные, стеклянные), листовые наполнители (бумага, ткани, березовый шпон).

Пластификатор - в-во, уменьшающее межмолекулярное взаимодействие, улучшает формуемость.

Стабилизаторы - в-ва, препятствующие старению полимеров (необратимое изменение свойств).

Отвердитель - обязательный компонент пластмасс с термореактивным полимером. Его задача - создание прочных поперечных связей между макромолекулами полимера.

Специальные добавки - назначение их различное: от окраски до приданию им антимикробных свойств.

Характерной особенностью пластмасс является малая плотность (1-2 г.см³), низкая теплопроводность, высокая химическая стойкость, электроизоляционные свойства, технологичность, фрикционные или антифрикционные свойства(способность обеспечивать высокий или низкий коэффициент трения скольжения).

Применение пластмасс целесообразно по 4-м причинам:

1. Снижение трудоемкости

Для металлических материалов необходимо минимум три вида обработки (литьё, термическая, механическая.), число технологических операций - от 30 до 50. Для пластмасс достаточен один вид обработки - формообразование.

2. снижение материалоемкости.

Коэффициент использования материала в случаи пластмасс доходит до 99%.

3. Уменьшение массы конструкции.

4. Снижение стоимости конструкций.

Недостатки:

Малая жесткость и ударная вязкость, низкая теплостойкость, склонность к старению.

Классификация пластмасс проводится:

По виду связующего - термопласты и реактопласты.

По виду наполнителя:

Порошковые, слоистые, волокнистые, газонаполненные (пенопласты).

Полиэтилен

Существует в двух модификациях, отличающихся по структуре, а значит, и по свойствам. Обе модификации получаются из этилена CH₂=CH₂.

Линейные полиэтилены образуют области кристалличности, которые сильно влияют на физические свойства образцов. Этот тип полиэтилена обычно называют полиэтиленом высокой плотности; он представляет собой очень твердый, прочный и жесткий термопласт.Свойства: температура стеклования (температура размягчения) -120⁰С; температура плавления 130-140⁰ С; диапазон технологических температур 220-280⁰С; плотность 0,95 г/см³; усадка (при изготовлении изделий) 1,5-2,0%.

Разветвленные полиэтилены первоначально получали нагреванием этилена (со следами кислорода в качестве инициатора) до температур порядка 200° С при очень высоких давлениях (свыше 1500 атм). Свойства: температура стеклования (температура размягчения) -120⁰С; температура плавления 130-140⁰ С; диапазон технологических температур 220-280⁰С; плотность 0,95 г/см³; усадка (при изготовлении изделий) 1,5-2,0%.

Общие свойства: Полиэтилен устойчивый к кислотам, щелочам, растворителям, алкоголю, бензину, воде, овощным сокам, маслу. Эластичный, жесткий – до мягкого, в зависимости от веса изделия устойчивый к низким температурам до -70°С, ударостойкий, не ломающийся, с хорошими диэлектрическими свойствами, с небольшой поглотительной способностью. физиологически нейтральный, без запаха. Полиэтилен низкой плотности (0,92 – 0,94 г/см³⁾ – мягкий; полиэтилен высокой плотности (0,941 – 0,96 г/см³) – твердый, очень жесткий. Полиэтилен стоек при нагревании в вакууме и атмосфере инертного газа; деструктируется при нагревании на воздухе уже при 80⁰С. Под действием солнечной радиации, особенно УФ лучей, подвергается фотостарению (в качестве светостабилизаторов используется сажа, производные бензофенонов).

Применение:

Наиболее широко полиэтилен применяют для производства пленок технического и бытового назначения. Из полиэтилена изготавливают емкости для хранения агрессивных сред, конструкционные детали арматуру, вентиляционные установки, гальванические ванны, струйные насосы, детали автомашин, протезы внутренних органов, электроизоляцию, высокопрочное волокно, пенополиэтилен, предметы домашнего обихода.

Полипропилен

Полипропилен получают полимеризацией газа пропилена (бесцветный газ со слабым запахом). Товарный полипропилен выпускается в гранулах и в виде мелкодисперсного порошка белого цвета.

Свойства полипропилена: легко кристаллизуется (максимальная степень кристалличности 75%); температура стеклования (температура размягчения) от -10 до -20⁰С; температура плавления 160-176⁰ С; термическая деструкция начинается при 300⁰С; плотность 0,90-0,92 г/см³; усадка (при изготовлении изделий) 1,3-2,4%. Устойчив в воде (вплоть до 130⁰С) и агрессивных средах (устойчив к кислотам и щелочам, отдельные марки допущены к контакту с пищевыми продуктами и для производства изделий медико-биологического назначения); кроме сильных окислителей (HNO₃, H₂SO₄, хромовая смесь).полипропилен-гомополимер хрупкий при низких температурах; полипропилен-сополимер с этиленом очень эластичный; полипропилен плохо проводит; в тонких пленках практически прозрачен; теплостойкость 95-110⁰С; морозостойкость от -5 до -25⁰С; для полипропилена характерны высокая ударная вязкость; стойкость к многократным изгибам; хорошая износостойкость. Полипропилен легко окисляется на воздухе, особенно при температуре выше 100⁰С.

Полистирол

Полистирол - твердый, жесткий, аморфный полимер. ПС хорошо окрашивается и обрабатывается механическими способами. Температура размягчения составляет 90-95°С. Из ПС пленки методом термоформования получают изделия сложной конфигурации. Ориентированный ПС толщиной менее 75 мкм используют для "окошек" в картонных упаковочных коробках. Более толстые пленки используются для получения стаканчиков для торговых автоматов, подносов для фасованного свежего мяса, с тем, чтобы видеть при покупке обе стороны упаковываемого продукта. Применяется для упаковки продуктов при низких температурах.

Фторопласты       Важнейшими полезными свойствами фторопластов, определяющими основное их применения: очень высокая химическая стойкость, теплостойкость, морозостойкость. Фторопласты имеют низкий коэффициент трения, очень низкое водопоглощение и высокие диэлектрические характеристики в широком интервале частот.      недостатки фторопластов: малая прочность по сравнению с термопластами инженерно-технического назначения, высокая ползучесть и очень высокая цена.

Поливинилхлорид

Поливинилхлорид - аморфный полимер. Из основного полимера может быть получен широкий спектр пленок с различными свойствами за счет варьирования состава и степени ориентации. Изменения в составе, главным образом, введение пластификатора, позволяет получить пленки.

Тонкие пленки из пластифицированного ПВХ широко используются как усадочные и растяжимые для заворачивания подносов и лотков с пищевыми продуктами, например со свежим мясом. Они должны обеспечить высокую кислородопроницаемость. Используются для производства упаковки для шампуня, смазочных масел и т.д. Благодаря прочности и легкой формуемости пленки из непластифицированного ПВХ и сополимеров используют для термоформования изделий; изделия снабжаются крышками из АL фольги с многоцветной печатью.

Гетинакс

Слоистый пластик на основе бумаги и синтетических смол. Связующим чаще всего служат феноло-формальдегидные смолы. Содержание смолы в гетинаксе 40—55%. Иногда гетинакс фольгируют красно-медной электролитической фольгой, облицовывают хлопчатобумажными, стеклянными или асбестовыми тканями, армируют металлической сеткой. Для получения листового гетинакса бумагу пропитывают спиртовым или водно-спиртовым раствором резольной смолы либо расплавленной смолой под давлением. Пропитанные листы сушат, режут, собирают в пакеты и прессуют при 150—160°С, затем охлаждают под давлением. Иногда гетинакс подвергают дополнительной термообработке (ступенчатому нагреву до 120—130°С). Основную массу деталей из гетинакса изготовляют механической обработкой.

Гетинакс обладает высокой механической прочностью, хорошими электроизоляционными свойствами. Некоторые свойства гетинакса: плотность 1, 25 г/см2; теплостойкость 150—160°С; прочность при растяжении 70—100 Мн/м2 (700—1000 кгс/см2), прочность при статическим изгибе 80—140 Мн/м2 (800—1400 кгс/см2); удельная ударная вязкость 1, 3—1, 5 кдж/м2 (13—15 кгс (см/см2);

Гетинакс применяют как электроизоляционный материал для длительной работы при температурах от — 65 до +105°С; для производства панелей, крышек, втулок, шестерён, шайб и др., а также в мебельном производстве. Из фольгированного гетинакса изготовляют печатные схемы.

Текстолит

слоистый листовой прессованный материал на основе хлопчатобумажной ткани и теплореактивного связующего. Текстолит хорошо обрабатывается всеми видами механической обработки. Применяется как конструкционный материал для изготовления шестеренок, втулок, подшипников, рашков. Текстолит работоспособен при t° от -40°С до +105°С.

Изгибающее напряжение рпи разрушении, МПа (кгс/см. кв.), не менее - 137(1400)………108(1100)

Разрушающее напряжение при сжатии, МПа (кгс/см. кв.) параллельно слоям, не менее - 130(1326)……….120(1220)

Водопоглощение, %, не более - 0.9……….1.0

Стеклотекстолит

стеклотекстолит - на основе стеклоткани, вследствие чего имеет более высокую влагостойкость, лучшие механические показатели, однако текстолит легче поддается механической обработке (резке, сверлению, распиловке и т.п.).