Некоторые общие свойства полимеров

1. При комнатной температуре, как правило, - твердые, реже - вязкие, стеклообразные вещества.

2. При повышени температуры обычно размягчаются, при достаточно высокой температуре – разлагаются (происходит термодеструкция).

3. Не растворяются в воде, растворяются или набухают в органических растворителях.

Полимеры составляют основу пластмасс, резин, волокон, лаков, красок, эмалей, определяя большую часть их свойств. Эксплуатационные требования к изделиям из полимерных материалов включают в себя высокие показатели комплекса различных механических свойств. Например, материалы, предназначенные для конструкционных целей, должны «держать размеры», не деформироваться, а для изоляции проводов – должны быть гибкими, эластичными и обладать высокими диэлектрическими свойствами.

 

Пластмассы

 

Под термином пластмассы подразумевают многокомпонентные материалы на основе полимеров, которым на определенной стадии переработки можно придать пластичность и изготовить необходимые изделия. Другие названия пластмасс – пластики, пластикаты, композиты. Типичный состав пластмасс:

· Полимер (связующее).

· Наполнитель.

· Краситель или пигмент.

· Пластификатор.

· Стабилизатор(ы).

· Спецдобавки (антипирен и т.д.).

Очень редко пластмассы состоят только из полимера: иногда в таком виде используют полиэтилен, полистирол, фторопласт. В этом случае понятия пластмасса и полимер совпадают. Из таких пластмасс изготавливают пленки, нити, листы.

Некоторые свойства пластмасс

Пластмассы имеют много полезных, зачастую уникальных свойств, которые к тому же можно менять:

· высокая коррозионная устойчивость, в том числе в таких агрессивных средах как растворы кислот и щелочей;

· хорошие диэлектрические свойства;

· высокие теплоизоляционные свойства;

· технологичность изготовления деталей малоотходными методами;

· способность многих пластмасс окрашиваться, в том числе и в объеме;

Основные недостатки пластмасс:

· довольно узкий рабочий температурный интервал: большинство пластмасс при температурах ниже минус 15 - 40 ^оС становятся хрупкими, а выше плюс 70 - 150 ^оС теряют механическую прочность, начинают деформироваться;

· старение, т.е. потеря механической прочности со временем (этот недостаток свойственен практически всем конструкционным материалам);

· горючесть.

 

Некоторые полимеры, применяемые для изготовления пластмасс.

 

Полиэтилен

Полиэтилен (ПЭ) получают полимеризацией этилена: n CH₂ = CH₂ ® ® (CH₂ - CH₂)_n. Некоторые свойства ПЭ: термопластичный, химчески стойкий, плохо окрашивается, механически не очень прочный. Благодаря хорошему сочетанию механических и диэлектрических свойств ПЭ широко применяют для изоляции различных кабелей (радиочастотных, городских, подводных, силовых). Изготавливают из него многие детали, трубы, пленки. Промышленность выпускает десятки марок ПЭ, но, в зависимости от условий синтеза, различают три вида: высокого давления (ПЭВД), среднего давления (ПЭСВ) и низкого давления (ПЭНД). На основе ПЭ путем химической модификации получают десятки новых видов полимеров.

Полипропилен

Полипропилен (ПП) получают полимеризацией пропилена: n C(СН₃)H=CH₂ ® ® (C(СН₃)H-CH₂)_n. Термопластичный, влагостойкий, механически более прочный и термостойкий, чем ПЭ. Из ПП изготавливают трубы, канаты, высокопрочное химически стойкое волокно, различные детали машин и механизмов, приборов. Пленки из ПП прозрачнее и прочнее, чем из ПЭ, пищевые продукты в такой пленке можно подвергать стерилизации, варке, разогреванию.

Полистирол

Полистирол (ПС) получают из стирола (ядовитая жидкость). Молекулу стирола можно рассматривать как этилен, у которого один атом водорода замещен на бензольное кольцо: – (СН – СН₂)_n– или –(СН – СН₂)_n–

С₆Н₅

ПС термопластичный, влагостойкий, хорошо окрашивается, более прочный, чем ПЭ, обладает достаточно хорошими диэлектрическими свойствами. ПС применяют как конструкционный материал для изготовления деталей высокочастотной аппаратуры: панели, катушки, основания. Изготавливают из него «оргстекло», различные детали для облицовки, вспененный ПС (пенопласт) – хороший тепло и звукоизолятор.

Поливинилхлорид

Поливинилхлорид (ПВХ, винипласт) синтезируют из винилхлорида: n CH(Cl) = CH₂ ® (CH(Cl) - CH₂ )_n. ПВХ - термопластичный, жесткий, обладает высокой стойкостью в большом числе агрессивных сред, в том числе в высококонцентрированных кислотах и щелочах. Диэлектрические свойства ПВХ хуже, чем у полиэтилена. Жесткий ПВХ используют в химическом аппарато- и машиностроении (как конструкционный и футеровочный материал). Более широкое применение находит пластифицированный ПВХ: изоляция монтажных, установочных проводов, силовых кабелей, изготовление изолент. Из ПВХ изготавливают искусственную кожу, линолеумы, облицовочные плитки и материалы.

 

Политетрафторэтилен

Политетрафторэтилен (ФТ-4, фторопласт-4, тефлон, фторолон-4) получают полимеризацией тетрафторэтилена – неполярного газообразного мономера: n CF₂=CF₂® ® ѕ(CF₂ѕCF₂)_nѕ. ФТ-4 - термопластичный, жирный на ощупь, молочно-белого цвета, довольно тяжелый. ФТ-4 наиболее химически стойкий из всех известных промышленных термопластов: на него не действуют даже самые сильные окислители, кислоты, в том числе «царская водка», т.е. он превосходит Pt и Au. Наиболее сильной агрессивной средой для него является аммиак. Из ФТ-4 изготавливают трубы, пластины, цилиндры, а затем из них механическими методами – изделия, пленку и т.д. Применяют ФТ-4 для изоляции, в том числе радиочастотной аппаратуры, проводов, нагревостойких кабелей. ФТ-4 используют также для изготовления втулок, прокладок, узлов трения, не требующих смазки.

 

Поликапролактам

Поликапролактам (капрон, полиамид-6, найлон-6). Получают полимеризацией капролактама: n CH₂ѕCH₂ѕCH₂ѕCH₂ ѕ[NHѕ(CH₂)₅ѕCO]_nѕ

CH₂ѕNH ѕ C=O

 

Поликапролактам термопластичный, упругий и механически прочный, хорошо окрашивается, склонный к водопоглощению. Из него изготавливают износостойкие детали, прочные ткани, электроизоляционные покрытия для проводов.

 

9.2. Резины

Резины – многокомпонентные упругоэластичные материалы, способные к большим обратимым деформациям. Типичный состав резин:

· эластомер (каучук);

· вулканизирующая добавка;

· наполнитель;

· другие добавки (как в пластмассах).

Натуральный каучук добывают из сока растений-каучуконосов (например, растение гевея). На его основе получают наиболее высококачественные резины, в том числе и электроизоляционные. Однако натуральный каучук очень дорогой и в промышленности чаще используют синтетические каучуки. В настоящее время выпускается большое число синтетических каучуков, обладающих разнообразными свойствами: бутадиенстирольные (СКС), уретановые (СКУ), акрилатные (АК), пропиленоксидные (СКПО), бутиловые (БК), хлорсульфированный полиэтилен (ХСПЭ) и др.

Вулканизирующие добавки выполняют функцию сшивки (вулканизации) молекул эластомера. В настоящее время существует много разнообразных добавок. Серу,которая широко применяется как вулканизирующая добавка в шланговых резинах, для изоляционных резин использовать нельзя.

 

Лаки

 

Лаки, как правило, состоят из пленкообразователя (полимер, масло, смола), растворителя, сиккатива (ускорителя пленкообразования). Раньше использовали в основном масляные и маслосодержащие лаки, в настоящее время – лаки на основе синтетических полимеров: поливинилацетали, полиуретаны, пентафтали, полиэфиры, полиамиды, кремнийорганика, бакелиты и т.д. Основным недостатком большинства лаков является наличие в них летучих, нередко пожароопасных растворителей. Это заставляет искать новые направления создания лаков, в том числе, не содержащих растворителей.

Некоторые виды лаков

Масляные лаки: пленкообразующий компонент таких лаков содержит полимеризованное растительное масло (льняное, тунговое и др.). В лаки, используемые для пропиток добавляют битумы (продукты переработки нефти). Достоинством таких лаком является их высокая водостойкость, недостатком – низкие нагревостойкость, пластичность и механические свойства. Пленки на основе этих лаков недостаточно устойчивы к действию растворителей.

Лаки на основе поливинилацеталей обладают высокой механической прочностью, эластичностью, устойчивостью к органическим растворителям. Влагостойкость этих пленок хуже, чем масляных.

Лаки на основе полиуретанов высокоэластичны, стойки к действию растворителей и истиранию, более нагревостойкие, чем поливинилацетальные. На основе полиуретанов изготавливают также заливочные компаунды. Провода, покрытые такими лаками можно лудить без предварительного удаления изоляции.

Лаки на основе кремнийорганических полимеров. Наибольшее применение имеют полиорганосилоксаны (силиконы), основная цепь которых состоит из чередующихся атомов кремния и кислорода. Соединения, содержащие связь Si-O, химически инертны: на них воздействуют только HF или концентрированные щелочи.

Кремнийорганические соединения подразделяют на жидкие, эластомеры и термореактивные полимеры. Основные достоинства этих полимеров – высокая нагревостойкость, влагостойкость, хорошие диэлектрические свойства, мало изменяющиеся под воздействием влаги и температуры. Жидкие полимеры используют в качестве смазочных масел. Они могут работать при высоких температурах. Клеи на основе кремнийорганических полимеров используют для склеивания металлов, стекла и т.д. Теплостойкость таких клеев достигает 1200 ⁰С (!). Композиции на основе силиконов используют для пропитки деталей электрических приборов, придавая материалам гидрофобность (водоотталкивающие свойства) и нагревостойкость. Силиконовые эластомеры (каучуки) используют для изготовления высокочастотной изоляции, высокотемпературных проводов (до 300 ⁰С), а также для изготовления оборудования в тропическом исполнении. Силиконовые лаки обладают хорошей адгезией (клейкостью) к металлам. Недостатки таких лаков – невысокие механическая прочность и маслостойкость.

 

Учебное издание

 

Сергей Дмитриевич Ващенко

Ольга Алексеевна Антропова

Евгения Алексеевна Никоненко

Мария Петровна Колесникова

Ольга Сергеевна Анисимова

Николай Михайлович Титов

 

ХИМИЯ

 

 

Редактор издательства

Компьютерная верстка С.Д.Ващенко, О.А.Антроповой

 

Подписано в печать Формат 60х84 1/16

Бумага типографская Офсетная печать Усл. печ. л.

Уч.-изд. л. Тираж Заказ Цена «С»

Редакционно-издательский отдел

 

Типография