Основные свойства пластических масс. Учебное пособие

стабилизатора "стабилин-10" обозначается так: ПА-б-211-15,

ОСТ 6-06-09-93.

Полиамид 6 (ПА-6) блочный. Торговое название: капролит, капролон В (РФ), найлон 6, зайтел (США). ПА-6 является полимером от белого до кремового цвета с молекулярной массой– до 100 тыс. Показатели физико-механических свойств блочного ПА-6 в 1,5 раза превосходят показатели свойств ПА-6, синтезируемого гидролитической полимеризацией. Блочный ПА-6 устойчив к воздействию углеводородов, спиртов, кетонов, эфиров, щелочей и слабых кислот. Растворяется в фенолах, концентрированных минеральных и муравьиной кислотах.

Обозначение блочного полиамида6 состоит из названия полимера, числа атомов углерода, способов получения, марки, сорта и номера ТУ. Например: полиамид 6 блочный, марки Б, первый сорт, ТУ 6-05-988–87. Капролон марки А применяется для изготовления ответственных деталей в самолетостроении, марки Б – конструкционных деталей машиностроения.

Полиундеканамид (ПА-11). Торговое название: полиундеканамид, ПА-11 (РФ), найлон11 (США), ролсин (Великобритания), рильсан (Франция). ПА-11 представляет собой гетероцепной, линейный, алифатический полимер со строением звена макромолекулы:

~HN(CH2)11CO~

Это кристаллический полимер белого цвета со степенью кристалличности до 63 % и молекулярной массой от 2 до 10 тыс.

ПА-11 обладает высокими абразивостойкостью, деформационной теплостойкостью и стабильностью электрических показателей в широком температурно-влажностном интервале. По отношению к неорганическим и органическим соединениям ведет себя аналогично ПА-6, однако имеет минимальное из всех полиамидов водопоглощение, не превышающее 1,6 %, что способствует сохранению эксплуатационных показателей во влажной атмосфере. Выпускается в виде пластифицированного, гранулированного материала.

91

Полидодеканамид (ПА-12).Торговое название: полидодеканамид, ПА-12 (РФ), веста-мид (Германия), гриламид (Швейцария), рильсан А (Франция).

ПА-12 представляет собой гетероцепной, линейный, алифатический полимер со следующим строением звена:

~HN(CH2)12CO~

Это кристаллический полимер белого цвета со степенью кристалличности до 65 % и молекулярной массой от 20 до 30 тыс.

ПА-12 обладает высокими абразивостойкостью, деформационной теплостойкостью и стабильностью электрических показателей в широком температурно-влажностном интервале. По отношению к неорганическим и органическим соединениям ведет себя аналогично ПА-6, однако водопоглощение, не превышающее 2,0 %, позволяет сохранять эксплуатационные показатели во влажной атмосфере.

Изделия из ПА-12 и композиции на его основе работоспособны при температуре от минус60 до 60 °С, кратковременно – при 120 °С. Может перерабатываться при температуре до280 °С без выделения вредных веществ.

В названии марки материала после сокращенного обозначения полимера на первом месте через дефис ставится буква, соответствующая рекомендуемому методу переработки: Л – литье под давлением, Э – экструзия, а на втором месте – добавки: П – пластификатор, О – пигмент и на третьем – номер стандарта. Например: ПА-12-ЛП, ОСТ 6-06-425-92 – полидодеканамид, перерабатываемый литьем под давлением, пластифицированный.

Для окрашенных марок указывают цвет и рецептуру окрашивания. Первая цифра указывает на принадлежность к определенной группе (гамме) цветов: 0 – белых, 1 – красных, 2 – оранжевых, 3 – желтых, 4 – зеленых, 5 – синих, 6 – фиолетовых, 7 – коричневых, 8 – серых, 9 – черных, а две последующие – на порядковый номер внутри группы. Например: ПА-12-ЭО, красный, рецептура 130, ОСТ 6-06-425-92 – полидодеканамид, перерабатываемый экструзией, окрашенный в красный цвет по рецептуре130.

92

Полигексаметиленадипинамид (ПА-66). Торговое название: полиамид 66, анид (РФ), найлон 66, зайтел (США), маранил, сутрон, брулон (Великобритания)' перлон Т, игамид А, этернамид (Германия).

ПА-66 представляет собой гетероцепной, линейный, полярный, алифатический полимер со следующим строением звена:

~HN(CH2)6NHCO(CH2)4CO~

Макромолекула имеет конформацию статистического клубка. ПА-66 является белым, в тонких слоях слегка прозрачным

материалом, находящимся из-за высокого межмолекулярного взаимодействия в аморфно-кристаллическом состоянии. Молекулярная масса промышленных марок колеблется от 15 до 25 тыс.

По отношению к неорганическим и органическим соединениям ведет себя аналогично ПА-6. Растворяется в муравьиной, концентрированной серной и кипящей соляной кислотах, а также в фенолах. При температурах выше 40 °С разбавленные кислоты вызывают гидролиз полимера. ПА-66 является гидрофильным полимером (до 10,0 %). При температуре выше350 °С расплав ПА-66 разлагается с выделением СО, СО2 и аммиака.

ПА-66 имеет наиболее высокие прочность, жесткость, абразивостойкость, а также теплостойкость по сравнению с другими алифатическими полиамидами. В сухой атмосфере является хорошим диэлектриком. Детали из ПА-66 можно сваривать токами высокой частоты или тепловой сваркой, а также склеивать раствором ПА-66 в муравьиной кислоте.

93

По отношению к неорганическим и органическим соединениям ведет себя аналогично ПА-6. Растворяется в концентрированной серной, муравьиной и уксусной кислотах, а также в фенолах. Однако в кипящей соляной кислоте не растворяется. При температурах выше 40 °С разбавленные кислоты вызывают гидролиз ПА-610. Менее гигроскопичен, чем ПА-66 – равновесное водопоглощение не превышает3,5 %. При температурах выше300 °С расплав ПА-610 разлагается с выделением СО, СО2 и аммиака.

Прочность, жесткость, абразивостойкость, а также теплостойкость ПА-610 несколько меньше, чем у ПА-66, однако стабильность этих свойств у ПА-610 выше вследствие меньшего водопоглощения в условиях эксплуатации.

Изделия из ПА-610 могут эксплуатироваться в интервале температур от –60 до 70 °С, в том числе изделия электроизоляционного назначения, применяемые при средних и низких частотах. Стоимость ПА-610 выше стоимости ПА-66 из-за высокой стоимости себациновой кислоты.

В названии марки материала после обозначения материала указывается рекомендуемый метод переработки и номер стандарта. Например, полиамид 610, литьевой, ГОСТ 10589-87. Детали из ПА-610 можно сваривать токами высокой частоты или тепловой сваркой, а также склеивать раствором ПА-66 в муравьиной кислоте.

Сополимеры полиамидов. Сополимеры полиамидов представляют собой сополимеры соли АГ и капролактама в соотношении: 93:7, 85:15 и 80:20, что соответствует маркам: АК 93/7, АК 85/15 и АК 80/20. По отношению к неорганическим и органическим соединениям ведут себя аналогично ПА-6. Однако растворимость сополимеров несколько выше. Они растворяются в концентрированной серной, муравьиной и уксусной кислотах, а также в фенолах. Изделия из сополимеров могут эксплуатироваться в интервале температур от –50 до 70 °С.

Полиамиды наполненные. Композиционные материалы на основе ПА-610, а также ПА-6 и 66/6 включают наполнитель,

94

термо- и светостабилизатор, краситель и другие добавки. В названии марки материала после сокращенного обозначения полиамида через дефис ставятся сначала цифры, указывающие на наличие или отсутствие добавок (1 или 0), а затем через дефис цифры, указывающие, как была введена добавка (1 – при синтезе, 2 – при опудривании полиамида в смесителе с последующей экструзией и грануляцией), а также ее рецептура и после дефиса– шифр цвета для окрашенных композиций. Например, композиция на основе полиамида 610 с добавкой, введенной при синтезе, рецептура добавки 08 (стекловолокно), черного цвета (22): ПА-610- 1-108, 22 ОСТ 6-05-408-75.

Композиции на основе полидодеканамида ПА-12 в соответствии с ОСТ 6-05-425-76 обозначаются следующим образом: сначала указывается сокращенное название полиамида, через дефис ставятся две цифры, указывающие на метод переработки (1 – литье под давлением, 2 – экструзия), наличие или отсутствие добавки (0 – отсутствие) и через дефис для окрашенных марок шифр цвета. Например, композиция на основе полидодеканамида, перерабатываемая литьем под давлением, с добавкой и шифром цвета 5 обозначается так: ПА-12-11-5, ОСТ 6-05-408-75.

текс на основе ровинга РБР 13-2520-019. В названии марки материала после сокращенного названия полиамида и его марки через дефис ставится условное обозначение длины стеклянной нити в грануле и через запятую – сорт и номер стандарта. Например, по- лиамид-6 с относительной вязкостью от2,3 до 2,8, массовой долей экстрагируемых веществ не более 1,5, не содержащий модифицирующей добавки, наполненный коротким стекловолокном первого сорта: ПА-6-210-КС, сорт 1-й, ОСТ 6-11-498-79.

Название марки стеклонаполненного полиамида включает наименование полимера, обозначение длины стеклянной нити

95

"ДС" (длиный отрезок стеклянной нити), цвет и сорт. Для марки ПА-6-211-ДС в скобках указывается наименование стабилизатора и индекс К для полимера, окрашенного в массе. Например, ПА-6- 2П-ДС-К (стаблин 10), сорт высший, ГОСТ 17648-83Е.

Ароматические полиамиды. В промышленности наибольшее распространение получил поли-м-фениленизофталамид.

Торговое название: фенилон (РФ), номекс (США), конекс (Япония).

Фенилон – линейный, жесткоцепной, ароматический полиамид. Получают на основе хлорангидридаизофталевой кислоты и м-фенилендиамина:

Макромолекула имеет конформацию коленчатого вала. Это белый, аморфный полимер с температурой стеклования270 °С, кристаллизующийся при 340–360 °С. Молекулярная масса промышленных марок колеблется от 20 до 120 тыс.

По химической стойкости превосходит алифатические ПА. Он устойчив к действию бензина, керосина, нефти, кетонов, различных растворителей, кипящей воды, концентрированной соляной кислоты, 98 %-ной уксусной кислоты, разбавленных щелочей. При комнатной температуре растворяется в концентрированной серной кислоте, диметилформамиде и диметилацетамиде.

Относится к классу негорючих материалов. Особенностью этого термопласта является сочетание большой жесткости и

96

Фенилон имеет стабильные электроизоляционные показатели, слабо зависящие от температуры и не изменяющиеся при длительном термическом старении. Применяется для формования изделий, работающих при температуре до250 °С, при действии больших статических и динамических нагрузок, для замены металлов с целью облегчения силовых деталей, повышения их износостойкости, упрощения процесса получения.

Выпускается в виде порошка с насыпной плотностью около 200 кг/м3, который таблетируется. Допускаемая температура эксплуатации – 200–220 °С. Перерабатывается прямым и трансферным прессованием 340–360 °С, влагонабухание 10–12 %. Также выпускаеют лаки, волокна и пленки.

Ароматические полиамидные волокна. Эти жесткоцепные ароматические полиамиды являются волокнообразуюшими -по лимерами, из которых можно формовать волокна с исключительно высокими прочностными показателями. Ткани на основе ароматических полиамидов используются для изготовления средств индивидуальной защиты, армирования пластмасс и в других изделиях силового назначения.

Аналогом фенилона по химической структуре является поли-п-фенилентерефталамид (кевлар):

Это наиболее распространенный представитель жидкокристаллических полимеров (ЖК-полимеров). Из него получают главным образом высокопрочные, высоко модульные волокна – с модулем 67–130 ГПа, прочностью 2600 МПа и разрывным удлинением 2,5–4,0 %. Введением ЖК-полимеров в термопласты получают композиты с высокими механическими характеристиками и хорошей перерабатываемостью.

97

ГЛАВА 10. ПОЛИИМИДЫ

Полиимиды – линейные, гетероцепные полимеры, содержащие в боковой (первая группа полимеров) или в основной (вторая группа полимеров) цепи макромолекулы циклическую имидную группу:

O

C

R N

C

O

К первой группе относятся полимерыN-винилимидов дикарбоновых кислот, например фталевой, янтарной (I), и имидов непредельных дикарбоновых кислот, например, малеиновой (II):

III

Вторая группа включает полимеры производных имидовтетракарбоновых кислот (III) и полимеры на основе бисмалеинимидов (IV):

IV

98

где Q – остаток ароматической, алифатической или гетероциклической тетракарбоновой кислоты; R – арилен, алкилен или двухвалентный гетероциклический радикал.

Среди полиимидов ароматических, гетероциклических, алифатических и алициклических тетракарбоновых кислот наибольшее распространение в настоящее время получили линейные ароматические полиимиды (Q и R относятся к ароматическому ряду). Ароматические полиимиды – новый тип термостойких полимеров, получаемых на основе диангидридов ароматических тетракарбоновыхкислот и ароматических диаминов. В зависимости от строения исходных веществ полиимиды могут быть как неплавкими, так и размягчающимися при высоких температурах. Наличие ароматических и имидных циклов придает им длительную термическую устойчивость до300–350 °С. Полиимидоамиды и полиимидоэфиры – полимеры, обладающие лучшей перерабатываемостью в изделия.

10.1. Полипиромеллитимид

Торговое название: полиимид, ПМ (РФ), каптон, NR-150 (США), унилекс (Япония).

В основном полиимиды используются в качестве связующих для изготовления термостойких полимерных композитов. Наибольшее распространение при производстве пленок получил полипиромеллитимид (ПМИ). Он характеризуется высоким уровнем межмолекулярного взаимодействия. Несмотря на регулярность структуры, он практически не кристаллизуется, является прозрачным, окрашенным в желто-коричневые тона аморфным материалом с высокой плотностью(от 1350 до 1480 кг/м3) и температурой стеклования от300 до 400 °С. Температура стеклования определяется условиями получения(в основном имидизацией).

Молекулярная масса промышленных марок полиимидов колеблется от 50 до 150 тыс. ПМИ не плавится (его температура размягчения превышает температуру разложения), устойчив к действию радиации и к длительному нагреванию до350 °С.

99

вождается потемнением, а затем карбонизацией полимера(распадом имидных циклов с выделением окиси и двуокиси углерода и образованием карбонизированного азотсодержащего остатка). Морозостойкость от –180 до 200 °С.

ПМИ устойчив к действию бензина, керосина, нефти, спиртов, кетонов, различных растворителей, кипящей воды, разбавленных кислот. Под действием щелочей и перегретого пара происходит гидролиз полимера, он неустойчив к обработке первичными и вторичными аминами. Растворяется в концентрированных окисляющих кислотах (серная и азотная). Отличается высокой озоностойкостью.

ПМИ является хорошим антифрикционным материалом; свойства его стабильны в широкой области температур, он имеет низкий коэффициент линейного теплового расширения. Для полиимидов характерны высокая по сравнению с другими полимерами теплопроводность 0,35–0,37 Вт/м·К и низкий коэффициент трения по стали – от 0,05 до 0,17.

Диэлектрические свойства ПМИ значительно выше аналогичных свойств пластмасс на основе фенолоформальдегидных смол (целлюлозный наполнитель) и кремнийорганических смол (минеральный наполнитель) не только при20 °С, но и при повышенных температурах.

ПМИ – теплостойкий, негорючий, жесткий, прочный и ударопрочный материал (табл. 14).

100