Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Свойства полимерных матриц

.pdf
Скачиваний:
32
Добавлен:
14.03.2016
Размер:
629.71 Кб
Скачать

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