Билет№7

1.Структура производств полимерных материалов.

Из крупнотоннажных полимерных материалов лидирующее место занимают полиолефины: полиэтилен, полипропилен и другие. Полиэтилен полимеризуется по радикальному и ионно-координационному механизмам:

В промышленности получают полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) с молекулярной массой 30…500 тысяч и полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) с молекулярной массой 70…350 тысяч. Главная особенность молекулярной структуры ПЭНП, получаемого полимеризацией этилена под высоким давлением, его разветвленность строения. Экструзия является основным методом переработки ПЭНП, из-за низ-кой прочности и жесткости этот материал практически не перерабаты-вают под давлением, термоформованием и другими методами.

ПЭВП синтезируют полимеризацией этилена с использованием катализаторов Циглера при давлениях порядка 0,3…0,4 МПа, а также газофазным методом при среднем давлении. Полиэтилен имеет линейную структуру макромолекул. ПЭВП перерабатывают всеми известными техническими способа-ми. Третий крупнотоннажный полиолефин – полипропилен (ПП). Своим рождением он обязан Дж. Натта, который первый применил при полимеризации пропилена катализаторы К. Циглера. Полипропилен отличается значительной прочностью при растяжении, твердостью и жесткостью, высокой ударной вязкостью. Он является более жестким полимером, чем полиэтилен. Полипропилен применяется в самых разнообразных областях техники. Его широко используют в электротехнической и электромашиностроительной промышлен-ности, для изготовления труб, пленки, а также для производства синте-тического волокна. Из волокна ПП изготовляют канаты. К полистирольным пластикам относят материалы, содержащие более 50 % звеньев стирола. Это, прежде всего, так называемые ударо-прочные пластики – ударопрочный полистирол (УПС) и АБС-пластики, содержащие звенья стирола, акрилонитрила и бутадиена. В настоящее время доля самого полистирола в выпуске полисти-рольных пластиков составляет не более 20 %. Основные области приме-нения этих пластиков – конструкционные детали и изделия, включая детали холодильников, корпуса радиоаппаратуры, упаковку, тару, посу-ду и т. п. Особое значение приобрел пенополистирол в качестве тепло-изолирующего материала.

Полистирол – аморфный полимер, образование кристаллической структуры затруднено из-за наличия в его макромолекулах объемных бензольных колец, а также вследствие разветвленности макромолекул. Он обладает более высокими по сравнению с ПЭНП и ПЭВП прочностными свойствами. Полимер не токсичен, прозрачен, имеет высокие ди-электрические свойства. Ударопрочный полистирол получают привитой сополимеризаци-ей стирола к полибутадиеновым или бутадиен-стирольным каучукам. Структура УПС представляет собой трехфазную систему, состоящую из полистирола, гель-фракции привитого сополимера и каучука с приви-тым стиролом. В промышленности налажено производство АБС-пластиков на основе акрилонитрила, бутадиена и стирола. Такой пластик имеет повышенную твердость и ударную вязкость по сравнению с УПС и полистиролом, а также высокие физико-механические и тепло-физические показатели свойств. По объему выпуска поливинилхлорид (ПВХ) занимает второе место в мире после ПЭНП. Основным преимуществом ПВХ перед полиолефинами является его негорючесть (он содержит 56,8 % хлора). ПВХ получают полимеризацией винилхлорида в блоке, суспензии и эмульсии. Это аморфный термопласт. Для предотвраще-ния этого явления в ПВХ вводят комплекс стабилизаторов (оксиды свинца, фосфиды, соли жирных кислот, производные мочевины). В промышленности выпускают продукт в виде винипласта и пластиката. Винипласт содержит стабилизаторы и смазывающие добавки. Он обладает высокими физическими свойствами, что делает его конструкционным материалом. Благодаря именно этим свойствам он широко применяется в машиностроении и в строительстве. Винипласт имеет хо-рошую светостойкость, сваривается и склеивается. Нетоксичность ПВХ до 80 °С позволяет применять его в пищевой промышленности и в ме-дицине. Другим весьма важным техническим продуктом ПВХ является пластикат. Из него изготовляют пленку, искус-ственную кожу, линолеум, клеенку и другие. Пластикаты морозостойки до минус 50 °С.

Полиформальдегид получают полимеризацией формальдегида или триоксана в растворе, расплаве и суспензии. При этом образуется кристаллизующийся полимер с молекулярной массой 30…50 тысяч.

Недостатком полиформальдегида является низкая термостабильность. Процесс деструкции начинается уже при 100 °С. Для повышения термо-стабильности формальдегид полимеризуют с диоксаланом, получая при этом сополимер марки СФД, а также триоксан с диоксоланом, получая сополимер марки СТД. Благодаря высоким физико-механическим показателям, малой усадке и хорошим антифрикционным свойствам полиформальдегид и сополимеры широко применяются в качестве конструкционных пласти-ков и для изготовления деталей передач (зубчатые колеса, кулачки, подшипники). Полимер перерабатывают главным образом литьем под давлением. Полиметилметакрилат – атактический термопластичный полимер с молекулярной массой до 50 тысяч и значительной разветвленностью. В твердом состоянии имеет высокую прозрачность. Выпускается в виде гранул, порошка, листов, пленок. Используется в пищевой промышлен-ности, в медицине и биотехнологии. Перерабатывается литьем под дав-лением, экструзией, формованием, хорошо склеивается. Полимер хоро-шо растворим в хлорированных и ароматических углеводородах, кето-нах, сложных эфирах. Полиамиды известны двух типов: синтетические и природные. Как первые, так и вторые содержат амидную группу или . Из синтетических полиамидов практическое значение имеют алифатические и ароматические соединения. Алифатические полиамиды являются гибкоцепными, кристалли-ческими термопластами, содержащими 40…70 % кристаллической фа-зы. Молекулярная масса колеблется в пределах 8…40 тысяч, плотность 1010…1140 кг/м3, tпл = 210…260 °С. Ароматические полиамиды отличаются высокой теплостойко-стью, твердостью и являются идеальным материалом триботехническо-го назначения. Их недостатки – технологические сложности переработ-ки в изделия из расплава. Перерабатываются материалы под давлением, экструзией, прессованием. 2−−CONH −−−CONH

К сложным полиэфирам относят полиэтилентерефталат (ПЭТФ) и поликарбонат (ПК). ПЭТФ (лавсан) с молекулярной массой порядка 15…40 тысяч получают из диметилтерефталата и этиленгликоля. При быстром охлаждении ПЭТФ аморфен и прозрачен, при медленном – кристалличен до 50 %, имеет плотность1380…1400 кг/м3, tпл = 265 °С. Поликарбонат (дифлон) получают на основе бисфенолов (диоксифени-27

лалканов). Молекулярная масса 28…200 тысяч. Это твердый термопла-стичный и прозрачный полимер с tпл = 220…230 °С. ПЭТФ и ПК имеют высокие термодеформационные свойства, вы-сокую прочность, химически стойки. Их используют для производства медицинских и биотехнологических изделий многоразового пользования. Полимеры перерабатываются литьем под давлением, экструзией, формованием. Ненасыщенные полиэфирные смолы (полиэфиракрилаты, поли-малеинаты и полифурматы) используют в качестве связующих для армированных композиционных материалов. Их молекулярная масса рав-на 300…5000. Эпоксидные олигомеры содержат на концах своих макромолекул две или более эпоксидных или глицидиловых групп. В зависимости от молекулярной массы олигомеры при 20 °С могут быть жидкими, вязки-ми или твердыми. Условия отверждения позволяют регулировать физическую структуру и свойства реактопластов. Они могут модифициро-ваться другими олигомерами, а также эластомерами и полимерами, от-верждаться при нагревании, а также на холоде. Без наполнителей эпоксидные смолы используются главным образом в качестве клеев. Фенопласты – это композиционные пластики на основе феноло-формальдегидных смол, которые в неотвержденном состоянии в зави-симости от химических особенностей подразделяются на термопла-стичные (новолачные) и термореактивные (резольные) олигомеры. Они перерабатываются прессованием, отдельные марки – литьем под давлением.