
Свойства полимерных матриц
.pdf
конфигурацией звена макромолекулы: ~ CH2 – CF2 ~.
ПВДФ является полярным, аморфно-кристаллическим полимером (со степенью кристалличности от 20 до 65 %). Молекулярная масса промышленных марок ПВДФ колеблется от 100 до 150 тысяч. Он устойчив к действию бензина, керосина, нефти, спиртов, воды, разбавленных и концентрированных солей, кислот, щелочей, окислителей, поэтому широко используется для антикоррозионной защиты. Растворяется в диметилформамиде, диметилацетате и других растворителях. Горит, но гаснет при удалении из пламени.
ПВДФ имеет достаточно высокие физико-механические показатели, не склонен к хладотекучести, обладает высокими и стабильными в условиях переменной влажности диэлектрическими показателями. Склонен к электростатической поляризации. Является хорошим электретом, сохраняющим электрические заряды на поверхности в течение длительного времени (десятки тыс. часов).
Применяется для формования антикоррозионных покрытий металлоконструкций, электрической изоляции проводов и кабелей, работающих в тяжелых условиях, термоусаживающихся изоляционных трубок и т.п. ПВДФ перерабатывается литьем под давлением, прессованием, экструзией, экструзией с раздувом. Изделия из ПВДФ допускают сваривание и нанесение печати.
3.2. Термореактивные полимеры.
Термореактивные полимеры (смолы) применяются в качестве связующих веществ, в которые обычно вводят отвердители, наполнители, пластификаторы и другие модифицирующие добавки. Основными требованиями к связующим веществам являются: высокая клеящая способность (адгезия), химическая стойкость, теплостойкость, хорошие электроизоляционные свойства и др. В производстве пластических масс, композитов, клеев, лакокрасочных материалов и защитных покрытий, компаундов и других видов материалов наиболее широко используются фенолоальдегидные, эпоксидные, полиэфирные и кремнийорганические смолы.
3.2.1. Фенолоформальдегидные смолы.
Фенолоформальдегидные смолы (ФФС) получаются путем реакции поликонденсации между фенолом и формальдегидом. В зависимости от количественного соотношения фенола и формальдегида и типа катализатора получают термопластичную – новолачную (новолак) и термореактивную – резольную (бакелит) смолы.
Новолачные смолы (НС) получают поликонденсацией формальдегида с избытком фенола в присутствии кислого катализатора. В новолачных смолах фенольные ядра связаны только метиленовыми мостиками:
где n – степень поликонденсации (n = 4-8).
31

При обработке уротропином (СH2)6N4 иди формальдегидом НС переходят в неплавкое и нерастворимое состояние.
Резольные смолы (РС) получают поликонденсацией фенола с избытком формальдегида в основной среде (KOH, NaOH):
Резольные смолы – смесь линейных и разветвленных олигомеров с молекулярной массой от 400 до 1000. Резольная смола может существовать в трех модификациях. Резол (бакелит А) находится в вязкотекучем состоянии, растворим в спирте, ацетоне, щелочи. Раствор резола в спирте называют бакелитовым лаком. При нагревании до 100°С переходит в резитол (бакелит В), который представляет собой промежуточную форму резольной смолы. Резитол находится в высокоэластическом состоянии и растворим лишь частично. В органических растворителях и щелочах он не растворяется, а только набухает. При нагревании до 150°С переходит в резит (бакелит С), представляющий собой твердый, хрупкий материал, неплавкий и нерастворимый. При повышении температуры до 300°С обугливается, не размягчаясь. При получении изделий процесс горячего прессования производится в стадии резола, когда смола находится в пластическом состоянии и легко принимает любую форму, а последующая выдержка при повышенной температуре переводит смолу в состояние резита и сообщает пластмассе необходимые свойства.
Резольные и новолачные смолы резко отличаются по свойствам в исходном состоянии и в процессе отверждения, но мало отличаются по свойствам в отвержденном состоянии. Механические и электроизоляционные свойства у резитов, полученных из PC, выше, чем у резитов, полученных из НС с уротропином. Электрические свойства материалов на основе ФФС невысоки, т.к. в макромолекулах содержится большое количество полярных гидроксильных групп. Для улучшения электроизоляционных свойств материалов в их состав добавляют до 20% анилина. Материалы на основе анилиноформальдегидной смолы имеют улучшенные характеристики, что позволяет использовать их для изготовления высоковольтных и радиотехнических деталей.
Новолачные смолы применяют для изготовления пресс-порошков, прессматериалов с волокнистым и листовым наполнителем, изоляционных твердеющих мастик, пенопластов и других материалов. В этих случаях вводится уротропин (4-15 %), который является отвердителем при нагревании до 150-180 °С.
Резольные смолы при хранении на холоде переходят в неплавкое и нерастворимое состояние, а при нагревании быстро отверждаются. PC применяются для производства слоистых пластиков (гетинакс, текстолит и др.), электроизоляционных пресс-порошков, ударопрочных материалов, замазок, клеев.
Из фенолоформальдегидных пресс-порошков, пресс-материалов с волок-
32

нистым и листовым наполнителем получают пластические массы – фенопласты. Кроме фенопластов, широкое применение находят материалы на основе меламиноформальдегидных (МЛФС) и мочевиноформальдегидных (МФС) смол. Пресс-порошки на основе МФС и МЛФС, наполненные сульфитной целлюлозой, используются для изготовления пресс-изделий. Они обладают высокой поверхностной твердостью, дугостойкостью, хорошими физикомеханическими свойствами. Из пресс-порошков на основе МФС изготовляют детали электроосветительного оборудования (изоляторы, ролики, штепселя, выключатели и т.д.).
3.2.2. Эпоксидные смолы.
Эпоксидные смолы (ЭС) чаще всего они являются сравнительно низкомолекулярными полимерами (олигомерами), которые превращаются в неплавкое и нерастворимое состояние под влиянием веществ, химически с ними взаимодействующих (отвердителей), и катализаторов.
Основными среди них являются ароматические эпоксидные смолы, получаемые на основе дифенилолпропана и эпихлоргидрина, имеющие следующую общую формулу:
Отличительной особенностью ЭС является их способность отверждаться как при нагревании, так и при обычной температуре. В отвержденном состоянии ЭС обладают комплексом ценных свойств: механической прочностью, химической стойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами, малой усадкой, высокой нагревостойкостью. ЭС проявляют высокую адгезию как к наполнителям, так и к различным конструкционным материалам (металлам, стеклу, керамике), что позволяет использовать их в качестве клеев.
Процесс отверждения ЭС представляет собой чистую реакцию полимеризации без выделения побочных продуктов. В зависимости от типа отвердителя отверждение ЭС может производиться либо при нагреве (обычно до 80-150 °С), либо при комнатной температуре (холодное отверждение).
ЭС применяются для изготовления пропиточных и заливочных компаундов, клеев, лакокрасочных материалов, пластмасс, волокнистых композиционных материалов, слоистых пластиков и т.п.
3.2.3.Полиэфирные смолы.
Полиэфирные смолы (ПЭС) представляют собой растворы ненасыщен-
ных полиэфиров с молекулярной массой 700-3000 в мономерах или олигомерах, способных к сополимеризации с этими полиэфирами.
Основная масса промышленных полиэфирных смол представляют собой продукты поликонденсации гликолей с малеиновым и фталевым ангидридами:
33

ПЭС отверждают, сополимеризуя их с различными мономерами, например, со стиролом, или со способными к сополимеризации олигомерами, которые служат одновременно и растворителями и отвердителями. Отверждение ПЭС осуществляется как при обычной, так и повышенной температурах (80-
150°С) в присутствии различных инициаторов.
Взависимости от состава, химического строения и молекулярной массы (500-3000) ПЭС представляют собой вязкие жидкости или твердые вещества различной окраски (бесцветные, светло-желтые, темно-красные, коричневые), растворяющиеся в кетонах, эфирах, хлорированных углеводородах и других растворителях.
Свойства отвержденных ПЭС зависят от химического состава и строения сомономеров, молекулярной массы, условий сополимеризации и других факторов. Одно из важнейших свойств ПЭС – теплостойкость, которая возрастает при увеличении плотности сшивки. ПЭС обладают ценным комплексом свойств: небольшой вязкостью, способностью отверждаться при обычной и повышенной температурах без выделения побочных продуктов, а материалы на их основе в отвержденном состоянии характеризуются высокими механическими и электроизоляционными свойствами, высокой стойкостью к действию воды, кислот, бензина, масел и других сред.
ПЭС используются в основном в качестве связующих в производстве стеклопластиков, а также основы клеев, лаков, заливочных составов и других композиций.
3.2.4. Кремнийорганические смолы.
Кремнийорганические смолы представляют собой элементоорганические соединения, состоящие из неорганических главных цепей с органическими боковыми группами. Главные цепи этих соединений состоят из чередующихся атомов (полиорганосилоксаны), азота (полиорганосилазаны), серы (полиорганосилтианы), кислорода и металлов (полиметаллоорганосилоксаны) и т.д.
К наиболее распространенным и широко применяемым кремнийорганическим полимерам относятся полиорганосилоксаны:
Термореактивные кремнийорганические смолы, применяемые в качестве связующих в кремнийорганических пластмассах, получают обычно поликонденсацией органохлорсиланов. Кремнийорганические смолы отверждаются при введении отвердителей и катализаторов по механизму поликонденсации при повышенных температурах (250 °С).
В качестве связующих применяются также модифицированные кремний-
34
органические смолы, которые получаются совместной конденсацией низкомолекулярных кремнийорганических смол с органическими смолами и превосходят чистые смолы по технологическим, механическим и адгезионным свойствам, но уступают им по термостойкости.
В качестве наполнителей в кремнийорганических материалах используют неорганические (минеральные) порошкообразные наполнители (двуокись титана, кварцевая мука и т.п.), асбест, стеклянные, кремнеземные и кварцевые волокна и ткани на основе этих волокон.
Кремнийорганические связующие используют для получения прессматериалов, стеклотекстолитов, компаундов, лакокрасочных и других видов материалов. Широкое применение кремнийорганические смолы нашли в производстве герметиков, заливочных и пропиточных компаундов, а также композиций различного назначения.
3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.
Письменный отчет по работе должен включать:
1.Наименование и цель работы.
2.Таблицу основных свойств термопластичных полимеров в соответствии с приложением № 1.
3.Сравнительный анализ нескольких предложенных полимеров, заданных преподавателем.
4.СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Головкин Г.С. Научные основы производства изделий из термопластичных композиционных материалов / Г.С. Головкин, В.П. Дмитренко. – М.: РУСАКИ, 2005. – 472 с.
2.Макаров В.Г., Коптенармусов В.Б. Промышленные термопласты: Справочник. М.: АНО «Издательство «Химия», «Издательство «КолосС», 2003.
– 208 с.
3.Полимерные материалы: Структура, свойства и применение: Учебное пособие / Э.Р. Галимов, А.Г. Исмаилова, Н.Я. Галимова и др. Казань: Изд-во Казан. гос. ун-та, 2001. – 187 с.
4.Кулезнев В.Н. Основы технологии переработки пластмасс / В.Н. Кулезнев, В.К. Гусев. Учебник для ВУЗов. – М.: Химия, 1995. – 528 с.
5.Пульцин Н.М. Неметаллические материалы. – Ленинград, 1975. – 77 с
6.Материаловедение: Учебник для вузов. Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 648 с.
35
|
|
Приложение № 1 |
|
Условные обозначения основных показателей полимеров |
|||
|
|
|
|
Свойство |
Размерность |
|
Обозначение |
|
|
|
|
Плотность |
кг/м3 |
|
ρ |
|
|
|
|
Температура плавления |
°С |
|
Тпл |
|
|
|
|
Температура деструкции |
°С |
|
Тд |
|
|
|
|
Температура стеклования |
°С |
|
Тс |
|
|
|
|
Температура хрупкости |
°С |
|
Тхр |
|
|
|
|
Температура размягчения |
°С |
|
Тразм |
|
|
|
|
Теплоемкость |
Дж/г·К |
|
ср |
|
|
|
|
Коэффициент линейного расширения |
К-1 |
|
α |
Теплопроводность |
Вт/м·К |
|
λ |
|
|
|
|
Теплостойкость по Мартенсу |
°С |
|
ТМ |
|
|
|
|
Теплостойкость по Вика |
°С |
|
ТВ |
|
|
|
|
Модуль упругости при растяжении |
МПа |
|
Ер |
|
|
|
|
Модуль упругости при изгибе |
МПа |
|
Еизг |
|
|
|
|
Относительное удлинение при разрыве |
% |
|
εр |
|
|
|
|
Разрушающее напряжение при растяжении |
МПа |
|
σр |
|
|
|
|
Разрушающее напряжение при сжатии |
МПа |
|
σс |
|
|
|
|
Разрушающее напряжение при изгибе |
МПа |
|
σизг |
|
|
|
|
Твердость по Бринеллю |
МПа |
|
HB |
|
|
|
|
Удельное объемное сопротивление |
Ом·см |
|
ρν |
|
|
|
|
Коэффициент прозрачности |
% |
|
Кпр |
|
|
|
|
Водопоглощение за 24 ч |
% |
|
W24 |
|
|
|
|
Водопоглощение равновесное |
% |
|
W∞ |
|
|
|
|
36
Приложение № 2
|
Термопласты (№6,№7) |
18. |
стеклотекстолит |
1. |
ПЭ, гранулы ВД |
19. |
гетинакс |
2. |
ПЭ, гранулы НД |
20. |
изделия из фаолита |
3. |
изделия из полиэтилена НД и ВД |
21. |
фаолитовая масса |
4. |
полипропилен, гранулы |
22. |
смола эпоксидная |
5. |
полипропилен, порошок |
23. |
клей из эпоксидной смолы |
6. |
изделия из полипропилена |
24. |
стеклопластик |
7. |
полистирол блочный |
|
|
8. |
полистирол ударопрочный |
|
Резиновые и углеродистые матери- |
9. |
полистирол эмульсионный |
|
алы (№9) |
10. |
изделия из ПС |
1. |
уплотнитель |
11,12. нити, пленка стирофлекса |
2. |
рукав резинотканевый |
|
13. пенопласт ПС–1 |
3. |
изделие из эбонита |
|
14. пенополистирол |
4. |
щетка угольно-графитовая |
№7
1. |
пластикат ПВХ |
|
Смолы, наполнители (№5) |
2. |
ПВХ, порошек |
1. |
гликолевая |
3. |
изделия из ПВХ пластифицированного |
2. |
глифталевая |
4. |
изделия из ПВХ непластифицированного |
3. |
эпоксидная ЭД-5 |
5. |
пенопласт пленочный |
4. |
меламиноформальдегидная |
6. |
поропласт |
5. |
фенолоформальдегидная |
7. |
капролактам |
6. |
крезолоформальдегидная |
8. |
смола полиамидная |
7. |
мука древесная |
9. |
смола капроновая |
8. |
мука слюдяная |
10. |
полиамид 610 литьевой |
9. |
мука кварцевая |
13. |
волокно капроновое |
10. |
асбест |
14. |
волокно анид |
11. |
стекловолокно |
15. |
изделия из полиамида |
12. |
линтер |
16. |
Ф–4, порошок |
13. |
углеграфит |
17. |
изделия из Ф–4 |
14. |
кокс |
18. |
пенополиуретан жесткий |
15. |
каолин |
19. |
поропласт полиуретановый эластичный |
16. |
сульфитная целлюлоза |
20. |
ПММА, порошок |
17. |
ткань х/б |
21. |
изделия из ПММА |
18. |
стеклоткань |
22. |
сополимер МСН |
19. |
диметилфталат |
23. |
изделия из МСН |
20. |
камфара |
|
|
21. |
олеиновая кислота |
|
Реактопласты (№8) |
22. |
стеарин |
1. |
смола мочевиноформальдегидная |
23. |
стеарит кальция |
2. |
аминопласт |
24. |
стеарит цинка |
3. |
клей К-17 |
25. |
уротропин |
4. |
бумажно-слоистый пластик |
26. |
известь гашеная |
5. |
изделия из аминопласта |
27. |
известь негашеная |
6. |
смола фенолоформальдегидная |
28. |
жженая магнезия |
7. |
смола фенолоформальдегидная |
29. |
нитрозин |
9-11 масса прессовочная фенольная |
30. |
охра |
|
12. |
волокнит |
31. |
желтый |
13. |
клей БФ-4 |
32. |
зеленый |
14. |
изделия из фенопласта |
33. |
пигмент красный |
15. |
изделия из волокнита |
34. |
редоксайт |
16. |
асботекстолит |
35. |
жировой темно-красный |
17. |
текстолит |
36. |
окись хрома |
|
|
37 |
|
У ч е б н о е и з д а н и е
Нина Александровна Адаменко Александр Викторович Фетисов Андрей Владимирович Казуров
СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИЦ
Методические указания к лабораторной работе
Темплан выпуска электронных изданий 2008 г., поз. № 25.
На магнитоносителе. Уч.-изд. л. 1,65. Подписано на «Выпуск в свет» 08.09.2008 г. Заказ № 25.
Волгоградский государственный технический университет. 400131, г. Волгоград, пр. им. В. И. Ленина, 28.
РИО РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета.
400131, г. Волгоград, ул. Советская, 35.
38