Газонаполненные пластмассы

•К ним относят легкие пластмассы - пенопласты и поропласты, которые состоят из мельчайших ячеек или пор, отделенных друг от друга тонкой пленкой полимера.

•Материалы, состоящие из замкнутых, несообщающихся ячеек, называют пенопластами, а материалы, в которых преобладают сообщающиеся между собой поры, - поропластами.

•В тех случаях, когда от материала требуются высокие тепло- и электроизоляционные свойства и водонепроницаемость, следует применять пенопласты. Для звукоизоляции используют поропласты.

Типы структур газосодержащих полимеров:

а - закрытопористая; б - открытопористая; в - интегральная; г - синтактная пена

Получение газонаполненных полимеров

•Наполнить множеством пузырьков газа можно только жидкость – олигомер, мономер или полимер, находящийся в вязкотекучем состоянии. Пену необходимо зафиксировать путем перевода полимерной матрицы в нетекучее состояние.

•Поэтому получение любого газонаполненного полимера включает в себя две стадии:

-получение пены (наполнение жидкого полимера пузырьками газа);

-фиксация полученной пены.

•

Все способы получения пены можно разделить на две группы, принципиально различающиеся по механизму образования газовых пузырьков в полимере: 1) механическое диспергирование газа в полимере (взбивание пены);

2) вспенивание полимера пузырьками газа, образующимися непосредственно в объеме композиции.

Для осуществления первого метода необходимо создать очень эффективное перемешивание жидкости с воздухом до образования достаточно устойчивой пены. Второй способ вспенивания предполагает, что в массе самого полимера имеется источник газа, который выделяется в результате какого-либо воздействия (изменения) и образует пузырьки (ячейки) газа.

•Существуют следующие источники газа или газообразователи (ГО), вспенивающие полимер:

1)газ, растворенный в вязкотекучем полимере (олигомере) под давлением (газ выделяется при сбросе давления);

2)растворенная в полимере легкокипящая жидкость, которая при нагревании

превращается в пар;

3)вводимые в полимер твердые вещества – химические газообразователи (ХГО), разлагающиеся при нагревании с выделением газообразных продуктов;

4)газообразные продукты, выделяющиеся при смешении компонентов полимерной композиции вследствие взаимодействия последних.

Фиксация ячеистой структуры

•Коллоидная система жидкость – газ кинетически неустойчива и быстро распадается. Поэтому требуется перевод короткоживущей системы «жидкость – газ» в «безгранично долго живущую» систему «твердое тело – газ». Этот переход всегда осуществляется по одному принципу – увеличением вязкости жидкой матрицы вплоть до потери текучести. Реализация этого принципа может быть осуществлена различными методами как физическими, так и химическими.

•Можно выделить следующие основные методы фиксации ячеистой структуры.

1. Физические:

- охлаждение расплава термопласта ниже температуры плавления или стеклования; 2. Химические:

а) «сшивание» макромолекул полимеров поперечными химическими связями за счет:

- радиационного облучения,

–введения инициаторов радикальных процессов,

–взаимодействия реакционно-способных олигомеров,

–взаимодействия добавляемых мономеров;

б) синтез полимерной матрицы из олигомеров в процессе вспенивания.

Способы получения газонаполненных полимеров

полыми микросферами с последующим ее отверждением

Свойства газонаполненных полимеров

Зависимость относительной прочности при сжатии, водопоглощения (Vw) и коэффициента теплопроводности от объемного содержания газовой фазы в пенопласте.

Применение газонаполненных полимеров

•Газонаполненные полимеры или пенопласты отличаются от невспененных материалов малым удельным весом, низкой теплопроводностью, хорошими звукоизоляционными свойствами, высокой жесткостью конструкций при их относительно малом весе, а вспененные резины мягкостью.

Все эти отличительные характеристики и особенности определяют и область применения пенопластов. Их используют:

•- для теплоизоляции зданий, помещений, транспорта, холодильных шкафов, приборов, термосов и других изделий;

•- для звукоизоляции;

•- как всевозможные плавучие средства (плоты, лодки, поплавки, средства спасения на воде и т.д.);

•- жесткие пенопласты используют как легкие конструкционные материалы при изготовлении мебели, рекламы, декораций, игрушек, малонагруженных (декоративных) конструкций зданий;

•- мягкие губки используют для изготовления всевозможных мягких изделий, мягкой мебели, матрасов, сидений в транспорте, мягких игрушек и т.д.

•- для заполнения пустотелых конструкций.

•Красители применяют для окрашивания пластмасс. Ими могут быть тонкоизмельченные минеральные пигменты или органические красители, стойкие к действию высоких температур при переработке пластмасс.

Антипирены

•Почти все полимеры легко могут быть подвержены горению с выделением большого количества дыма, образованием токсичных продуктов. Не горят только сильно галогенированные полимеры, такие как поливинилхлорид, перхлорвиниловая смола, многие фторопласты. Поэтому для большинства полимеров

стоит задача снижения их горючести.

•Введение специальных добавок в полимеры может способствовать снижению его горючести вследствие изменения характера процессов, происходящих при деструкции полимера, или блокирования процесса горения негорючими или ингибирующими веществами.

•Различают антипирены, действующие в газообразной фазе (например, галогениды сурьмы) и твердые антипирены (такие как фосфат аммония), а также антипирены, действующие и в газообразной, и в твердой фазах.

Существуют несколько механизмов замедления процессов горения с помощью антипиренов:

1. Ингибирование свободнорадикальных процессов, происходящих при разложении полимера, вследствие образования веществ, способных взаимодействовать со свободными радикалами с образованием радикалов с меньшей реакционной способностью (галогенсодержащие соединения).

2. Образование защитного слоя на поверхности полимера, непроницаемого для кислорода или изолирующего от дальнейшего нагревания (метаборат бария (ВаВ2О4·Н2О), борат цинка,

тетрафторборат аммония) .

3.Выделение негорючих (инертных) газов, препятствующих подводу кислорода в зону горения (NH4Cl или NH4Br) .

4.Разложение антипиренов или взаимодействие антипиренов и продуктов их деструкции с другими веществами с поглощением тепла, что способствует уменьшению температуры ниже точки воспламенения (гидроокиси алюминия, магния, цинка, гидратированные карбонаты металлов) .

5.Предотвращение распространения пламени в процессе горения, вследствие дополнительных затрат тепловой энергии на нагревание порошкообразного наполнителя (мел, песок, стеклянные волокна, асбест).

Современные пластмассы – композиционные материалы

•Композиционные материалы — многокомпонентные материалы, состоящие из пластичной основы - матрицы, и наполнителей, играющих укрепляющую и некоторые другие роли. Между фазами (компонентами) композита имеется граница раздела фаз.

•Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого существенно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Т.е. признаком композиционного материала является заметное взаимное влияние составных элементов композита , т.е. их новое качество, эффект.

•Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, применяя специальные дополнительные реагенты и т.д., получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств.