книги из ГПНТБ / Щеголев Н.В. Полимер вездесущий

из этих веществ создать совершенно безвред­ ный полимер замечательных свойств?

Чтобы понять производство этого высоко­ молекулярного соединения, нам придется познакомиться с заводом, где его изготов­ ляют.

Производство полиметилметакрилата очень сложное. Во многих цехах протекают химические таинства создания этого полиме­ ра. Начнем е первого цеха. Путем соедине­ ния аммиака с газом метаном (болотный газ) получают синильную кислоту, в другом цехе к ней присоединяют молекулу ацетона. Новое вещество называется «ацетонциангидрин». Из него путем сложных химических реакций, в которых принимают участие метиловый спирт и серная кислота, получают метиловый эфир метакриловой кислоты. В этом веществе имеется одна двойная связь, и поэтому оно может полимеризоваться.

Мысленно зайдем в цех полимеризации. Здесь нет никаких котлов, аппаратов, рек­

тификационных колонн, присущих почти каждому химическому цеху. Всю ширину цеха занимает длинная печь, напоминающая пекарню современной бисквитной фабрики или хлебозавода. В центре цеха работницы также заняты изготовлением форм; правда, эти формы даже отдаленно не похожи на те, что применяются в хлебопечении. Они сдела­ ны из стекла.

Посмотрим, как их изготовляют. Работни­ ца берет два листа стекла, хорошо отшлифо­ ванного и вырезанного в виде правильного

29

в тщательной обработке: по ним в ряде слу­ чаев бывает вполне достаточно «пройтись» пламенем паяльной лампы.

Под действием огня тонкий слой полиме­ ра сгорит без копоти и дыма, и поверхность будет ровной.

Если в мономер до начала полимеризации ввести красители, то можно получить очень красивые разноцветные стекла и тем самым еще больше расширить ассортимент выпу­ скаемых изделий!

СОПЕРНИЦЫ

СВАРКИ

От соперницы никто не застрахован. По­ явилась она даже у электросварки. Соперни­ ца выглядела весьма привлекательно, пред­ ставляя собой особые полимерные смолы, об­ ладающие способностью прочно соединять различные детали, в том числе и металличе­ ские. Клей вместо сварки! И эта конкуренция со сваркой в ряде случаев весьма удачна. Так, например, был успешно испытан десяти­ метровый мост, стальные части которого склеили.

Универсальные клеящие вещества из вы­ сокомолекулярных соединений находят все

31

большее применение в самых различных об­ ластях народного хозяйства. Универсальными они называются потому, что с одинаковым успехом клеят фарфор и металл, стекло и пластмассы, шерсть и шелк. Синтетические фенолформальдегидные и карбамидные клеи оказываются незаменимыми в мебельной, фа­ нерной и другой промышленности.

До последнего времени деревянные изде­ лия склеивались столярным или казеиновым клеем. Но оба они страдают существенными недостатками: столярный клей боится влаги, а казеиновый, в случае неплотного прилега­ ния склеиваемых предметов и попадания пу­ зырьков воздуха, способен исковеркать ров­ ную поверхность, создать вздутия.

Синтетические же клеи не боятся влаги, не портят изделий и, что также немаловаж­ но, не боятся плесени и различных грибков. Эти свойства клеев могут быть усилены до­ бавкой в них ядовитых веществ, например соединений ртути.

На базе эпоксидных смол готовят отлич­ ные клеи, прочно скрепляющие металл со стеклом, керамикой и другими материала­ ми. Эпоксидными клеями можно склеивать даже под водой! Правда, прочность шва

вэтих случаях будет несколько меньшей. Интересно использование полимерных

клеев при постройке мостов из железобетона по принципиально новой схеме. Оказалось возможным собирать пролеты моста из бе­ тонных блоков весом от 60 до 200 тонн, скреп­ ляя их особым способом и промазывая швы

3 2

клеем из эпоксидных смол. Клей в этом слу­ чае выполняет две основные задачи: придает всей конструкции моста монолитность и за­ щищает стыки от разрушающего влияния ат­ мосферной влаги.

Например, мост через Москва-реку в райо­ не Фили воздвигается коллективам Мостового отряда № 4 именно по новой технологии. Главным инженером проекта этого первого в Советском Союзе уникального моста яв­ ляется Н. Н. Рудомазин, подбор составляю­ щих рецептуры клея проведен сотрудниками СоюздарНИИ под руководством И. Н. Сере­ гина.

Хорошие электроизолирующие свойства, химическая стойкость к щелочам, кислотам и различным органическим растворителям обеспечат широкое распространение этого полимерного материала.

При испытании на разрыв изоляторы, склеенные из отдельных фарфоровых частей этим клеем, разрушаются не по месту склейки, а по ф аРФ°РУКлей прочнее фарфора!

Можно с уверенностью сказать, что поли­ мерным клеящим веществам принадлежит большое будущее. Они все шире и шире бу­ дут применяться в народном хозяйстве, вы­ тесняя сварку.

Адгезионные свойства (клейкость) синте­ тических клеев изучены еще недостаточно, но ученые предполагают, что они зависят по крайней мере от двух основных факторов:

гибкости звеньев макромолекулы и наличия в ней особых полярных групп.

Полярные группы молекул клея электро­ статически связываются с поверхностью стек­ ла, фарфора, дерева или металла. С увеличе­ нием температуры до некоторых пределов клей держит крепче, так как гибкость моле­ кулы увеличивается. Установлено, что поли­ меры меньшего молекулярного веса обладают большей клейкостью по сравнению с боль­ шими макромолекулами того же типа полимера. Это и понятно. Ведь малым моле­ кулам проще изогнуться и свои полярные группы ориентировать в сторону склеивае­ мых поверхностей.

«Ветвистые» молекулы улучшают склеи­ вание и прочность шва. В полимерах с рых­ лой структурой полярные группы полу­ чают большую свободу и возможность свя­ заться с молекулами склеиваемых пред­ метов.

Умеренное повышение температуры при склеивании желательно, так как при этом создаются необходимые условия для быстро­ го твердения клея, а следовательно, и схва­ тывания склеиваемых поверхностей.

Однако в настоящее время созданы и клеи холодного отвердения, достаточно быстро приводящие к образованию прочного шва,

клеев является невозможность их надежного применения при температурах шва выше

3 4

100°С. Однако с созданием некоторых термо­ стойких полимеров температурный диапазон работы клеев может быть повышен, а пока наиболее термостойкими клеями, выдержи­ вающими неограниченно долгое кипячение водой, являются клеи, получаемые на базе эпоксидных и карбамидных смол.

На Выставке достижений народного хо­ зяйства в ряде павильонов в 1964 году широ­ ко демонстрировалось применение полиме­ ров в машиностроении.

Из них стали делать многие детали стан­ ков и машин: различные кожухи, картеры, штурвалы и рукоятки управления, некото­ рые шестеренчатые пары и т. д.

Капрон, стеклопластики, полиэтилен, по­ лиамиды, фенолформальдегидные пластмас­ сы, древеснослоистые пластики и другие виды полимеров успешно используются в ка­ честве конструктивных материалов.

Весьма перспективным оказалось и изго­ товление из пластмасс различных штампов, особенно в автомобилестроении. Ведь для изготовления легкового автомобиля необхо­ димо свыше трех тысяч различных штампов!

Изготовление штампов из пластмассы зна­

чительно проще и примерно в 10 раз быстрее, а износ самих штампов относительно неве­ лик.

Из капрона делаются некоторые детали счетно-вычислительных машин. Из этого ти­ па полимера были, например, изготовлены даже часы без единой металлической (кроме пружины) детали.

В машинах в этом случае экономится мно­ го металла и особенно такого дорогостояще­ го и дефицитного, как медь, олово, свинец. Достаточно сказать, что для получения всего одной тонны олова нужно переработать на обогатительных фабриках и металлурги­ ческих заводах более 300 тонн руды, а одна тонна пластмасс в машиностроении заменяет примерно три тонны цветных металлов.

Поэтому Центральный Комитет нашей партии обращает большое внимание на эко­ номное расходование цветных металлов и замену их там, где только можно и целесо­ образно, пластмассами и другими мате­ риалами.

Казалось бы, такая на первый взгляд про­ стая вещь — приводной ремень. А какие воз­ можности отры вает использование здесь полимеров!

Приводные ремни с применением полиа­ мидов в пять раз долговечнее обычных, а их необычная прочность позволяет в два-три раза увеличить скорость передач. Расскажем о них подробнее.

Ремни и ленты транспортеров изготов­ ляются из прорезиненной хлопчатобумажной

3 6

ткани. Но оказалось, что если эту ткань за­ менить капроновой, то долговечность ремня и ленты возрастет. Кроме того, вместо ткани в ремнях стали употреблять шнуры из полиа­ мидов, которые »месте с резиновой об­ кладкой повысили эксплуатационные качест­ ва ремня. Во многих машинах с успехом уда­ лось применить вместо плоских ремней кли­ новидные. Эти ремни при передаче одной и той же мощности потребовали меньшего натяжения и позволили сократить расстояния между шкивами и уменьшить габариты стан­ ка, машины, агрегата.

Успехи химии полимеров помогли кон­ структорам создать гигантские транспортер­ ные ленты, например для угольных карьеров.

Одна из таких лент длиной в 7 километ­ ров, двигающаяся со скоростью 15 км/час, за сутки перемещает 75 тысяч тонн материа­ лов. Для перемещения такого груза на обыч­ ных трехтонных самосвалах потребовалось бы совершить 25 тысяч рейсов.

СЕКРЕТ

ПРОЧНОСТИ

Как-то сразу не верится, что шестерни из... дерева могут работать в ряде случаев лучше металлических. Однако это именно так.

37

Для того чтобы понять секрет прочности этих изделий, вспомните,, как трудно бывает разрубить топором поперек волокон обычное полено и как относительно просто расколоть его с торца. Ведь дерево, в отличие от метал­ ла, имеет различную прочность в разных на­ правлениях.

Это свойство древесины как раз и исполь­ зуется при изготовлении из нее так называе­ мых древеснослоистых пластиков, идущих на производство многих технических изде­ лий, в том числе шестерен и подшипников скольжения.

Из древесины сначала получают шпон, он напоминает слой обычной фанеры. Размер шпона, как правило, 1,5X1,2 метра при тол­ щине всего лишь полмиллиметра. Далее эти сухие листы пропитывают клеями —• водными или спиртовыми растворами полимерных смол, например фенолили крезолформальдегидными.

После пропитки и просушки из этих ли­ стов собирают пакеты, которые затем прес­ суют. Пресс под давлением до 200 атмосфер сжимает рыхлый пакет в тонкую пластину. Этот процесс идет при нагревании до 145— 150°С, при этом полимерный клей становится твердым. Лист древесного пластика получает­ ся прочным, твердым, гладким и сохраняет толщину, приданную ему при прессовании.

При сборке пакетов соблюдаются несколь­ ко секретов, которые и обеспечивают высо­ кие качества изделий из этих плит. Если шпон уложить в пакеты, в которых волокна

38