2.6.2 Полимерные материалы
Основные компоненты
Искусственные полимеры- высокомолекулярные соединения полученные человеком из природных веществ в процессе реакций.
Материалы на основе полимеров — твердые, пластично-вязкие (мастики) или жидкотекучие (лаки, краски) составы, в которых кроме полимеров содержится еще ряд компонентов, влияющих на их свойства.
Полимерные композиции способны в процессе формования принимать требуемую форму и сохранять ее после снятия формующих нагрузок. Учитывая эту способность, материалы на основе полимеров называют также пластическими массами.
Сырье. Основными компонентами синтетических полимеров являются: полимеры, наполнители, катализаторы, пластификаторы, стабилизаторы, красители, порообразователи.
Наполнители- вводят для повышения теплостойкости, прочности, твердости, уменьшения усадочных напряжений и других эксплуатационных свойств пластмасс. Применяют наполнители волокнистые (стеклянные, асбестовые, синтетические, натуральные) листовые (древесный шпон, бумага, фольга, ткани) порошкообразные
(древесная мука, мел, тальк).
Красители- используются для объемного окрашивания пластмасс.
Применяют минеральные или органические, синтетические красители.
Пластификаторы- повышают гибкость и эластичность полимеров, облегчают условия их переработки. Ввовдят в количестве от 5до 40% от массы полимера.
Порообразователи- вводятся для получения пористых материалов нарпимер пенопластов- пористых пластмасс.
Катализаторы - ускоряют процесс отверждения полимеров.
Стабилизаторы- способствуют сохранению свойств пластмасс в процессе эксплуатации, для снижения скорости окисления полимеров.
Технология получения. Полимеры или синтетическая смола это компонент определяющий основные технологические и эксплуатационные свойства пластмасс.
Способы получения полимеров- путем полимеризации или поликонденсации.
1.Полимеризация – реакция при высокой температуре и давлении, когда происходит процесс соединения молекул в вещество – мономер без изменения его химического состава и выделения побочного продукта.
Полимеризацией получают пластмассы: полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и другие.
Поливинилхлорид (ПВХ) – реакция между ацетиленом и хлористого водорода – не горит, не воспламеняется. Один из самых популярных полимеров применяется например при изготовлении линолеума, пленок.
Полистирол – светопрозрачный материал ( до 90%) , хрупкий, растворим в органических растворителях. Получают в результате дегидрирования этилбензола в присутствии водяного пара.
Полиэтилен – полученный из газа этилена имеет высокую коррозионную стойкость, прочность, но низкую теплостойкость. Изготавливают пленки.
Полиметилметакрилат – органическое стекло, синтетический материал - полученный путем полимеризации различных углеводородов. Прозрачен и пропускает ультрафиолетовые лучи. Оргстекло пропускает до 99% световых лучей, но подвержен старению.
Поликонденсация – реакция, когда происходит процесс соединения молекул при высокой температуре и давлении, при этом образуется высокомолекулярное соединение с выделением побочных продуктов (газа, воды). Поликонденсацией получают материалы: фенолформальдегидные, карбамидные, полиэфирные, эпоксидные, кремнеорганические.
Фенолформальдегидные получают поликонденсацией фенолов с альдегидами. Водостойкие, порочные материалы, применяются для изготовления древесных пластиков.
Карбамидные получают реакцией аминов и альдегидов. Светостойкие и теплостойкие материалы на их основе. Применяются в качестве клеев для древесины.
Полиэфирные получают при взаимодействии ангидридовых кислот или эфиров с многоатомными спиртами. Применяются для изготовления ковровых покрытий, листовых стеклопластиковых материалов.
В зависимости от того, как смола реагирует на нагревание, пластмассы различают термопластичные и термореактивные.
Термопластичные после завершение процесса синтеза превращаются в твердую стеклообразную массу, которая при нагревании размягчается, переходя в вязко- текучее состояние, а при охлаждении вновь превращается в твердое состояние.
Термореактивные материалы переходят из вязкого в твердое состояние только один раз в процессе твердения. Происходит это при введении отвердителя, под воздействием нагрева или давлении. При последующем воздействии высокой температуры происходит горение или деструкция- обугливание.
Основы технологии формования материалов из полимеров. Основные технологические операции при производстве полимерных строительных материалов - дозировка, перемешивание, формование, декоративная обработка поверхности.
Основные технологии формообразования пластмасс- экструзивный, литье под давлением, вакуумирование, каландрирование, прессование (Рисунок 13). Экструзивный способ формования пластмасс осуществляется шнековым способом. Сырьевая смесь подается в порошкообразном или гранулированном виде. Под действием нагрева масса размягчается и выдавливается через экструзивную головку. Таким способом формуют длинномерные (погонажные) профилированные материалы.
Прессование производят при помощи гидравлических прессов. Полимерная масса при этом разогревается. Так формуют полимеры с большим количеством наполнителя. Например, древесный пластик ДВП.
Литье под давлением осуществляется путем разогрева сырьевой массы до жидкотекучего состояния в литьевых машинах и впрыскивания ее через сопло в форму. После охлаждения и затвердевания форму раскрывают.
Рисунок 13 Способы формования материалов из пластмасс: а-экструзия: 1 шнек, 2 нагреватель, 3-формующее устройство, 4- материал с определенным профилем, 5- пластмасса, б-литье под давлением: плунжер; 2- нагреватель; 3- форма, 4- пластмасса; в- вакуумирование- 1-нагреватель, 2- лист пластмассы, 3 вакуум; г- вальцевание: 1 вальцы, 2 пластмасса.
Вакуум-формование производят в специальных формах. Листовая заготовка при действии теплоты размягчается. После создания вакуума в форме лист пластмассы приобретает конфигурацию, соответствующую форме.
Каландрирование (вальцевание) предполагает прохождение полимерной смеси через зазоры между каландрами (валками). Таким способом формуют рулонные, пленочные материалы.
Декоративная обработка поверхности выполняют различными способами: окрашиванием, печатанием, тиснением, аппликацией, металлизацией, декалькомания.
При выборе способа отделки материалов необходимо учитывать требования - адгезионная прочность поверхности, стойкость к различным химическим реагентам, влагонепроницаемость, термостойкость.
Метод печати наиболее прогрессивный. Получают печать высокого качества – флексографическим способом применяя быстросохнущие краски.
Способ состоит в нанесении оттиска рисунка на эластичную резину, а с него на материал.
Трафаретная печать – краска наносится на материал через трафарет.
При отделке тиснением рисунок получают путем переноса оттиска с металлизированного слоя специальной пленки под давлением горячего штампа.
Аппликация – нанесение на поверхность отделочного материала накладных элементов различных составов – бумага, полимерная пленка, ткань.
Металлизация – нанесение тонкого слоя металла толщиной до 100 мкм напылением с нагреванием, растворением или окунанием в слой металла
Декалькомания – типа переводки изображение наносят на специальную подложку, а затем на поверхность материала. Подложка может быть бумага, полимерная пленка, целлофан, металлическая фольга.