Основные свойства пластических масс. Учебное пособие

растрескиванию. А также склонность к электростатической поляризации и накоплению электрического заряда. Частицы ПС, приобретая электрический заряд, притягивают пылинки воздуха, загрязняя полимер.

Марочный состав определяется способом получения . ПС Марки ПС, полученные полимеризацией в массе, имеют обозначения ПСМ, суспензионные – ПСС, эмульсионные – ПСЭ. Через

21

дефис указывается рецептура термостабилизатора, через запятую – наименование цвета и рецептуры окрашивания, сорт и стандарт. Показатель текучести изменяется от 1,5 до 16. Выпускается стабилизированным и в виде порошка разной дисперсности.

Для исключения брака непосредственно перед переработкой ПС высушивают до влагосодержания не более 0,05 % в сушильном шкафу при 70–80 °С в течение 1–2 ч.

2.2.Сополимеры стирола

Втехнике широкое распространение получили двойные сополимеры стирола с акрилонитрилом, етилметакрилатом и

a-метилстироломи тройные сополимеры стирола с акрилонитрилом и метилметакрилатом.

Суспензионные сополимеры стирола с акрилонитрилом (САН), как и полистирол, относятся к хрупким полимерам, склонным к образованию микротрещин по всему объему. Наличие полярного мономера– акрилонитрила, способствует повышению предела прочности при разрыве, теплостойкости, температуры размягчения, поверхностной твердости, атмосферостойкости, устойчивости к нефтяным углеводородам, бензину и керосину по сравнению с ПС.

Высокая полярность сополимера САН по сравнению с ПС способствует повышению содержания в нем влаги, поэтому перед переработкой полимер необходимо подсушить.

Изделия изготавливаются литьем под давлением и применяются в качестве деталей технического и бытового назначения.

Сополимеры с a-метилстиролом (САМ) представляют собой твердый, прозрачный материал, обладающий еще большей теплостойкостью (теплостойкость по Мартенсу составляет 95 °С), светотехническими и диэлектрическими свойствами, чем сополимеры САН, и находят применение для изготовления радио- и электротехнических изделий благодаря высоким диэлектрическим свойствам.

22

Тройные сополимеры стирола, акрилонитрила и метилметакрилата (МСН) легко окрашиваются и находят свое применение для изготовления деталей автомобильной промышленности, радиотехники и изделий народного потребления.

2.3. Пенополистирол

Пенополистирол выпускается в виде плит и тонких пленок. Отличается низкой теплопроводностью, ППС широко применяется в качестве теплоизоляционного материала. ППС устойчив к действию воды в водных растворов кислот, щелочей и солей. Неустойчив к действию растворителей, горит.

ППС применяется для теплоизоляции, при изготовлении плит для потолков и декоративной отделки стен, легких строительных материалов. Сочетание пленок из ППС с другими листовыми материалами (бумагой, картоном, алюминиевой фольгой, пластмассами

иметаллами) позволяет получить разнообразные комбинированные

идекоративные пленки для изготовления упаковки, звуко- и теплоизоляционных прокладок, отделочных материалов в строительстве, посуду разового использования и других изделий. К недостаткам пенополистирола можно отнести невысокую физико-механическую прочность (особенно прочность на удар).

2.4. Ударопрочный полистирол и АБС-сополимеры

Ударопрочный полистирол (УПС). Торговое название: симак, дилен, стирекс, амоко, стико, стокофлекс (США), каринекс, дистрен, стиросел (Великобритания), стиморал (Германия).

H2C HC CH CH2 CH CH2 n

УПС получают в промышленности методами блочной, суспензионной и эмульсионной сополимеризации стирола совместно с растворимым в стироле бутадиен-стирольным, полибутадиеновым или дивинилстирольным каучуком.

23

Структурно УПС представляет собой трехфазную систему, состоящую из ПС, включающую гель-фракцию ПС, в виде частиц размером до 15 мкм равномерно распределенных по объему, окруженную тонкой пленкой привитого сополимера и каучука с привитым стиролом. Доля сополимера около 15 %. УПС сохраняет данную структуру и в расплаве. При переработке в результате сдвигового течения частицы микрогеля ориентируются в направлении потока и фиксируются при стекловании, обуславливая анизотропию механических свойств изделия. Несмотря на низкую молекулярную массу матричного ПС(70–100 тыс.), присутствие каучука существенно замедляет рост микротрещин, что и повышает прочность материала.

По внешнему виду УПС представляет собой непрозрачный материал белого цвета. Он обладает более низкой теплостойкостью, худшими механическими свойствами, за исключением прочности на удар, чем АБС-пластик, но имеет лучшие диэлектрические свойства, приближающиеся к свойствам ПС.

Увеличение каучуковой фракции в образце сказывается на физико-механических свойствах. Введение каучука приводит к снижению жесткости, прочности и твердости УПС. Теплостойкость уменьшается на 20 –25 °С. Ухудшаются электроизоляционные характеристики. Наличие частиц каучука снижает прозрачность ударопрочного ПС.

Марочный ассортимент определяется способом получения и назначением ударопрочного ПС. При полимеризации в массе буквенное обозначение марки – УПМ, при суспензионной полимеризации – УПС, при механическом смешении компонентов (компаундировании) – УПК. Марки группируются по величине ударной прочности от сверхударопрочных (например, УПС-1104) до марок с низкой ударной прочностью, но с большей прозрачностью.

Также в марке УПС указывается метод синтеза (М, С), цифровое обозначение ударной вязкости с надрезом(две первые цифры) и десятикратное обозначение содержания остаточного мономера. Кроме того, в марку могут включать букву, обозначающую предпочтительный способ переработки. Например, УПМ-0703 Э – ударопрочный полистирол, полученный полиме-

24

ризацией в массе, его ударная вязкость 7 кДж/м2, остаточное содержание мономера 0,3 %, переработка экструзией.

АБС-пластик. Торговое название: силак, люстран, турбин (США), люстран (Великобритания), тиаш, резин (Япония). Он является продуктом привитой сополимеризации трех мономеров

– акрилонитрила, бутадиена и стирола, причем статический сополимер стирола и акрилонитрила образует жесткую матрицу, в которой распространены частицы каучука размером до1 мкм.

Повышение ударной прочности сопровождается сохранением на высоком уровне основных физико-механических и теплофизических свойств. АБС непрозрачен, имеет низкие электроизоляционные характеристики при высоких частотах. Выпускается стабилизированным в виде порошка и гранул. АБС-пластики перед переработкой рекомендуется сушить.

АБС-сополимеры, получаемые механохимическим методом. Пластик устойчив к действию щелочей, морской воды, смазочных масел, бензина и хорошо перерабатывается в изделия литьем под давлением, экструзией, прессованием, выдуванием и вакуумформованием. Его применяют для изготовления электро- и радиодеталей, труб, различной тары, игрушек. Из гранул и листового материала получают детали холодильников (дверцы, полки и др.).

АБС-сополимеры, получаемые методами прививки. АБС-

(см. табл. 3), теплостойкости, химической стойкости и особенно стойкости к нефтепродуктам. Наличие каучуковойгруппы в АБС отвечает за ударные нагрузки, акрилонитрильная группа отвечает за теплостойкость.

В марке АБС первые две цифры означают величину ударной вязкости по Изоду, следующие две – ПТР, буква в конце марки указывает на метод переработки или на особые свойства. Например, АБС-0809Т характеризуется ударной вязкостью– 8 кДж/м2, ПТР – 9г/10 мин, повышенной теплостойкостью (Т).

25

Основное назначение АБС-сополимеров– изготовление труб, листов и изделий из листовых материалов. Применяются в металлизированном виде, используют на транспорте, в судо- и автомобилестроении.

ГЛАВА 3. ХЛОРСОДЕРЖАЩИЕ ПОЛИМЕРЫ

К пластическим массам на основе хлорсодержащих полимеров относятся полимеры и сополимеры винилхлорида и винилиденхлорида, пластифицированный поливинилхлорид, пенополивенилхлорид.

3.1. Поливинилхлорид

Поливинилхлорид [–СН2–СНСl–] получают блочной (ПВХ- М), суспензионной (ПВХ-С) и эмульсионной (ПВХ-Е) полимеризацией. Он является аморфным, термопластичным полимером со слабой разветвленностью (не более 2–5 боковых ответвлений на 1000 атомов углерода в главной цепи), молекулярной массой равной 40÷190 тыс. и температурой стеклования 78–105 °С. Эмульсионный ПВХ имеет низкое молекулярно-массовое распределение (в отличие от суспензионного и массового).

Это слабополярный полимер с высоким межмолекулярным взаимодействием. Имеет линейное строение. Степень кристалличности технического ПВХ может достигать 10 %.

ПВХ нерастворим в мономере (винилхлориде), а также в воде, спирте и многих других растворителях. Но он растворяется в хлорированных углеводородах, смеси ацетона и бензола, диоксане, циклогексаноне, тетрагидрофуране и др.

26

Растворимость полимера уменьшается с повышением молекулярной массы. ПВХ обладает хорошей химической стойкостью к действию сильных и слабых кислот, щелочей, смазочных масел и др. Также он является бензо- и водостойким полимером.

Он хорошо совмещается с большинством выпускаемых промышленностью пластификаторов. Из-за частичной кристаллизации форма изделий сохраняется даже при высоком содержании пластификаторов. Благодаря высокому содержанию хлора (около 56 % масс.) ПВХ является самозатухающим полимером, но при его горении выделяется экологически вредные диоксины.

Деструкция ПВХ начинается выше 60 °С при действии серной, азотной, уксусной кислот. При нагревании до 120 ºС наблюдается медленная диструкция, а выше 140 °С начинается разложение ПВХ, однако мономера при этом не образуется. Разложение сопровождается выделением хлористого водорода и образованием двойных связей, приводящих к частичной сшивке, что затрудняет его переработку, так как температура текучести полимера 150–160 °С. Переработка ПВХ проводится при 140–180 °С.

Разложение полимера сопровождается изменением окраски (от желтой до коричневой) и ухудшением растворимость. ПВХ изменяется также под действием света (“стареет”). Причиной ок-

Физико-химические свойства ПВХ в результате деструкции ухудшаются: возрастает хрупкость, уменьшается относительное удлинение при разрыве. Термостабильность ПВХ удается повысить, вводя специальные вещества– стабилизаторы, способные на определенный срок замедлить или предотвратить разложение полимера. Наиболее известны соединения свинца(оксиды, фосфиды, карбонаты), соли жирных кислот, меламин, производные мочевины.

Особенностью стабилизации ПВХ является то, что наряду с обычными антиоксидантами и светостабилизаторами в компози-

27

ции на его основе необходимо вводить до3 % акцепторов и нейтрализаторов хлороводорода (обычно это соли кальция, цинка, бария, свинца и жирных кислот). При правильном подборе стабилизирующих систем (комплексов) температура деструкции ПВХ в композициях повышается до 180–200 °С, что делает возможной его переработку.

Смазки (лубриканты), вводимые в полимер, облегчают переработку вследствие эффекта межпачечной пластификацииповышения физико-механического сопротивления ПВХ механическим воздействиям (механодеструкции) и одновременно обеспечивают однородность и требуемую вязкость расплава. Роль лубрикантов в композициях ПВХ выполняют сложные эфиры, эпоксидированные растительные масла, эпоксидные смолы и т.д. ПВХ обладает хорошими электроизоляционными и теплоизоляционными свойствами.

Марочный состав определяется способом получения ПВХ, а также величиной средней молекулярной массы полимера, характеризуемой константой Фикентчера КФ, которая рассчитывается по относительной вязкости раствора ПВХ в дихлорэтане или циклогексаноне. При переходе от марочного сортамента массово-

го ПВХ к суспензионному и эмульсионному растворимость -по лимера уменьшается, а молекулярная масса возрастает.

У промышленных марок константа Фикентчера изменяется от 50 до 80, при этом степень полимеризацииn практически ли- нейно растет от 450 до1750: n » 40(К Ф - 40 ).

Так, для изготовления пластикатов применяют ПВХ с КФ от 65 до 80, для литья под давлением и экструзии – не более 50.

Как отмечалось ранее, марки ПВХ, полученного полимеризацией в суспензии, имеют буквенное обозначение ПВХ-,Св эмульсии – ПВХ-Е, в массе – ПВХ-М. Первые две цифры после буквенного обозначения указывают на минимальную величину КФ, которая характеризует его молекулярную массу, группу на-

ПВХ данной марки. Так, буква М – ПВХ для мягких изделий,

28

Ж – для жестких изделий, П – для паст, С – переработка через средневязкие пасты, У – переработка с пластификаторами или без них в жесткие, полужесткие или пластифицированные изделия. Например, ПВХ-С 70М – это суспензионный ПВХ Кс Ф≥70 (средняя степень полимеризации– 1200), рекомендуемый для изготовления мягких изделий. Или ПВХ-6358 Ж означает: С – суспензионный, с КФ≥63 (средняя степень полимеризации – 920), группа насыпной плотности – 5, то есть с плотностью 0,45 – 0,60 г/см3, остаток на сите составляет 8 %, рекомендуется для производства жестких изделий.

3.2. Стабилизированный поливинилхлорид

Винипласт. Торговое название: жесткий поливинилхлорид, винипласт (РФ), бреон, корвик (Великобритания), хосталит, винидур, децелит (Германия), винибан (Япония).

Представляет собой твердый, термопластичный, практически не пластифицированный материал на основе суспензионного ПВХ, от светлого до темно-коричневого цвета, содержащий стабилизаторы (до 10 % масс.) и смазывающие добавки. В качестве стабилизаторов используют – соли свинца для непрозрачных материалов, органические производные кадмия и бария для прозрачных нетоксичных материалов. При правильном подборе комплексов стабилизаторов температура деструкции поднимается до 180–200 °С, что допускает его переработку из расплава.

Рецептура винипласта включает антиоксиданты– фенолы, эпоксиды и т.п.; хелатирующие агенты – органические фосфиты; светостабилизаторы – производные бензофенонов; лубриканты (от 0,5 до 10,0 % масс.) – алифатические карбоновые кислоты, низкомолекулярный полиэтилен и т..дОбладает сравнительно

стью к действию кислот, щелочей, бензина, масел, спиртов; является антикоррозийным материалом в интервале температур от0 до 60 °С; легко подвергается различной механической обработке

29

(формованию, сварке); а также имеет хорошие диэлектрические свойства, мало зависящие от температуры (до 80 °С) и влажности окружающей среды.

Однако с рядом положительных свойств у винипласта есть и три основных недостатка: низкая термостабильность, морозостойкость (до минус 10 °С) и высокая вязкость расплава. При длительной эксплуатации (особенно при изменении температуры) происходит ухудшение механических свойств винипласта. Для улучшения ПВХ совмещают с каучуками, хлорированными полиолефинами, АБС-сополимерами и др. Ударная вязкость таких материалов повышается в 10 раз.

Винипласт используют для изготовления различных аппаратов, соединительных муфт, клапанов, труб, вентилей, вентиляционных воздуховодов, вентиляторов, теплообменной аппаратуры, деталей химической аппаратуры, лабораторных приборов и других изделий. Пленочный винипласт применяют для упаковки лекарств и пищевых продуктов, электротехнических целей.

Пластикат. Торговые названия: пластикат (РФ), кохинор, джеон (США), люколен (Германия), винихлон (Япония).

Пластикат представляет собой мягкий материал на основе пластифицированных суспензионного или массового ПВХ с молекулярной массой от 90 до 115 тыс. (КФ от 70 до 90).

Свойства ПВХ можно изменить в широких пределах путем введения пластификаторов (до 50 % масс.) – фталатов, себацинатов, трикрезилфосфатов и других высококипящих жидкостей и их смесей, а также в результате химической модификации и пу-

массы полимера. Чем выше средняя молекулярная масса полимера, тем труднее он пластифицируется; при этом полимер имеет высокую вязкость. Введение пластификаторов снижает вязкость

30