Пластические массы, применяемые в производстве товаров народного потребления

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 10Следующая ⇒

Пластические массы, используемые для изготовления товаров народного потребления, обладают различными потребительскими свойствами, зависящими от химического строения основного компонента пластмасс — полимерного связующего, а также от вида и количества добавок, вводимых в ту или иную композицию.

Как указывалось ранее в зависимости от характера процессов, протекающих при формовании изделий, пластические массы делят на термопластичные и термореактивные.

Наиболее широкое применение находят в настоящее время термопластичные материалы, характеризующиеся способностью перерабатываться в изделия различными наиболее экономичными методами и сохраняющие способность к повторным переработкам. Среди термопластов наиболее широкое применение нашли материалы на основе полиолефинов, поливинилхлорида, полистирола, полиамидов, полиакрилатов. Эти материалы используются как в виде гомополимеров, так и в виде композиций наполненных минеральными порошкообразными веществами или короткими стеклянными, углеродными или органическими синтетическими волокнами.

Крупнотоннажными материалами являются полиолефины, к которым относятся полиэтилен, пропилен, полиизобутилен.

Полиэтилен представляет собой бесцветный кристаллический (55-85 %) полужесткий или достаточно жесткий материал, характеризующийся высокой деформативной способностью (до нескольких сотен процентов), прочностью (10—30 МПа), хорошей морозостойкостью (от -60 до -70 °С). Полиэтилен характеризуется высокой химической стойкостью: не растворяется в кислотах и щелочах, органических растворителях (до температуры 70 °С), стабилен при контакте с водой и маслами. Полимер не имеет характерного запаха и вкуса.

В зависимости от способа получения различают полиэтилен высокого (ПЭВД) и низкого (ПЭНД) давления, несмотря на общий химический состав и строение, отличающиеся друг от друга целым рядом свойств.

Полиэтилен высокого давления, имеющий, как правило, более низкую молекулярную массу, более низкую степень кристалличности, а также большую степень разветвленности макромолекул по сравнению с полиэтиленом низкого давления, характеризуется меньшей теплостойкостью (Т_пл = 105—110 °С), более низкой плотностью (г = 910 - 911 кг/м³) и меньшей жесткостью.

Полиэтилен низкого давления, характеризующийся более высокой теплостойкостью (T_M = 120-130 °С), жесткостью и прочностью (до 30 МПа). Однако вследствие возможного наличия в материале следов катализаторов полиэтилен низкого давления не допускается для изготовления изделий, контактирующих с пищевыми продуктами. Полиэтилен широко применяется для изготовления посуды и детских игрушек (в основном ПЭВД), пленок, труб и соединительных деталей к ним, санитарно-технических изделий, различных емкостей, изоляции для проводов и кабелей, клеенок, волокон для технических целей.

Полипропилен - линейный кристаллический полимер (степень кристалличности ~ 75 %) общей формулы

по своим свойствам напоминает полиэтилен, но имеет меньшую плотность (900-910 кг/м³), отличается большей теплостойкостью (Т = 160-170 °С), но характеризуется меньшей морозостойкостью (температура хрупкости -5 до -15 °С). Полипропилен имеет большую жесткость, чем полиэтилен, а получаемые из него пленки более прочны и более прозрачны. Достаточно высокая теплостойкость полипропилена позволяет подвергать изделия из него стерилизации. Однако, к сожалению, полипропилен и изделия из него отличаются низкой стабильностью к действию ультрафиолетовых лучей, одного из основных компонентов солнечного света, подвергаясь фотоокислительной деструкции под действием светопогоды.

Применяют, полипропилен для изготовления хозяйственных и галантерейных товаров, игрушек, упаковочной тары для сыпучих товаров и жидких сред, деталей приборов и машин, труб, пленок, волокон и нитей.

Входящий в группу полиолефинов полиизобутилен представляет собой каучукообразный аморфный полимер

Материал характеризуется высокой морозостойкостью, сохраняя свои высокоэластические свойства в диапазоне температур от -60 °С до +60 °С. Материал применяется в качестве электроизоляционных и антикоррозионных покрытий, для пропитки (прорезинивания) тканей, в качестве уплотнительного материала, а также для изготовления клеев, дающих эластичные швы.

Поливинилхлорид наряду с полиэтиленом относится к одному из самых крупнотоннажных полимеров.

Получается поливинилхлорид полимеризацией хлористого винила. Поливинилхлорид представляет собой аморфный полимер, характеризующийся достаточно высокой плотностью (1400 кг/м³) и хорошей химической стойкостью к действию кислот, щелочей, большого числа органических растворителей, жиров, нефтепродуктов и воды.

На основе поливинилхлорида получают жесткие и мягкие пластики. Жесткие поливинилхлоридные пластики, называемые винипластами, характеризуются низкой теплостойкостью (температура их размягчения 65-70 °С), а при температуре выше 140 °С начинают разлагаться с выделением хлористого водорода.

Материал характеризуется высокой жесткостью, достаточной прочностью и устойчивостью к истиранию. Из винипласта изготавливают сантехническое оборудование, тару, галантерейные товары, водосточные и канализационные трубы. Широкое применение находит винипласт в электротехнике, а также, благодаря своей высокой химической стойкости, для облицовки химической аппаратуры.

Мягкий поливинилхлорид, называемый пластикатом, представляет собой композиции на основе поливинилхлорида с добавкой пластификаторов (дибутилфталата, диоктилсебацината и др.), а также наполнителей, стабилизаторов, красителей и других компонентов. В зависимости от вида и количества введенного пластификатора морозостойкость изделий из пластиката колеблется от -15 °С до -60 °С. Пластикат в области температур выше температур стеклования представляет собой эластичный, гибкий, легко склеивающийся и сваривающийся материал. Из пластиката изготавливают линолеум, гибкие трубы и шланги, летнюю обувь, галантерейные товары, изоляцию для проводников, клеящие ленты, пленки, используемые для упаковки, изготовления плащей, книжных переплетов, а также пасты для получения искусственных кож, клеенок, самоклеющихся обоев.

Полистирольные пластики представляют собой особую группу полимеров аморфного строения, полученных полимеризацией стирола с другими мономерами. Обычно в число полистирольных пластиков включают полистирол общего назначения, ударопрочный стирол, пенополистирол и ряд сополимеров стирола.

Собственно полистирол, называемый полистиролом общего назначения, представляет собой получаемый полимеризацией стирола полимер общего строения

Это прозрачный, достаточно хрупкий полимер, обладающий невысокой теплостойкостью (температура стеклования 85—90 °С), что ограничивает температурную область его использования в пределах 80 °С. Материал характеризуется высокими диэлектрическими свойствами, что обеспечивает ему широкое применение в радиотехнике в качестве конденсаторных пленок — стирофлекса. Возможность и легкость переработки полистирола различными способами обеспечивает его широкое применение для изготовления бытовых и галантерейных изделий (вазы, шкатулки, пуговицы, гребни), лабораторной химической посуды, упаковочной тары, осветительной арматуры и др.

С целью устранения такого недостатка полистирола как хрупкость в последние годы был синтезирован ряд сополимеров стирола, характеризующихся высокой устойчивостью к ударным нагрузкам. Особенно большое значение имеют ударопрочные полистролы, представляющие собой сополимеры стирола и натуральных каучуков, а также сополимеры стирола с акрилонитрилом (САН), тройной сополимер акрилнитрила, бутадиена и стирола (АБС-пластик). Все эти материалы, получаемые методами суспензионной или блочной полимеризации, отличаются значительно более высокой, чем у полистирола общего назначения, стойкостью к ударным нагрузкам (для некоторых марок сополимеров даже в несколько десятков раз). Более высокие прочностные свойства, хорошая дефор-мативная стойкость, а также исключительная стойкость к ударным нагрузкам сополимеров стирола существенно расширили области применения полистирольных пластиков.

Из сополимеров стирола изготавливают корпуса приборов, радио-, фото-, электроаппаратуры, детали автомобилей (подфарники, козырьки, шкалы, указатели, приборные щитки), галантерейные товары, детали санитарно-технического оборудования и мебели, упаковку. При этом упаковка, изготовленная из ряда марок полистирольных пластиков (с минимальным содержанием стирола) допускается для изготовления посуды и упаковки пищевых продуктов.

Пенополистиролы находят широкое применение в качестве звуко, теплоизоляции при изготовлении холодильников, в капитальном строительстве, судостроении и авиатехнике.

Полиакрилаты представляют собой полимеры и сополимеры акриловой и метакриловой кислот или их производных, имеющие линейное строение макромолекул с боковыми ответвлениями. Среди акрилатов наиболее широкое применение находят полиметилметакрилат и полиакрилнитрил.

Полиметилметакрилат. цепь которого имеет строение

представляет собой продукт полимеризации метилметакрилата.

Материал представляет собой типичный аморфный полимер с температурой размягчения 105—110 °С и отличается достаточно высокой прочностью и высокой прозрачностью.

Полиметилметакрилат, часто называемый за свою высокую прозрачность органическим стеклом или плексигласом, отличается способностью хорошо пропускать ультрафиолетовые лучи: до 75 % от падающего количества УФ-излучения. (для сравнения: обычное силикатное стекло пропускает 0, 5 — 1 % падающего ультрафиолетового излучения). Материал легко перерабатывается методами вакуумного и пневматического формования, не поглощает влагу, устойчив к действию ряда растворителей.

Широко применяется для остекления самолетов и автомобилей, изготовления часовых стекол, хозяйственных и галантерейных изделий, в качестве имитатора хрусталя. Благодаря физиологической безвредности и устойчивости к действию влаги, кислотной и щелочной сред применяется для изготовления зубных протезов и медицинского оборудования.

Полиакрилонитрил представляет собой труднокристаллизирующийся линейный полимер белого цвета.

Материал термостоек: температура размягчения полимера 220— 230 °С. Однако в этой области температур начинает протекать процесс деструкции полимера, в связи с этим процесс получения изделий из полиакрил нитрила производится не из расплава, а из раствора диметилформамида. Основная часть полиакрилнитрила используется для получения шерстеподобного несминаемого волокна - нитрона.

Полиамиды представляют собой класс гетероцепных линейных полимеров, в основной цепи которых имеется амидная связь

Получают полиамиды преимущественно реакцией поликонденсации полифункциональных соединений: диаминов и дикарбоновых кислот, аминокарбоновых кислот или их эфиров.

Полиамиды являются твердыми, рогообразными, преимущественно кристаллическими продуктами, с температурой плавления, превышающей в большинстве случаев 200 °С. Полиамиды устойчивы к действию воды, хотя и способны ее поглощать в количестве до 10 %. Материалы обладают низким коэффициентом трения, что способствует их применению в узлах трения.

К недостаткам полиамидов следует отнести их сравнительно низкую устойчивость к термо- и фотоокислению, вызывающему разрушение амидных связей макромолекул, что приводит к снижению прочности и эластичности материала, появлению хрупкости, а также ухудшению диэлектрических свойств при поглощении влаги.

Из ненаполненных и наполненных полиамидов изготавливаются товары хозяйственного назначения (оконные петли, воронки, вешалки), сантехнические изделия, галантерейные изделия (застежки-молнии, пуговицы, одежные кнопки). Полиамиды используются для изготовления труб, изоляционной оболочки кабелей, бесшумных шестеренок, деталей узлов трения. Способность полиамидов к вытягиванию в нити с получением ориентированных систем высокой прочности позволяет получать из них синтетические волокна (капрон, найлон, анид), используемые для производства тканей, трикотажных и нетканых полотен, шнуров, канатов, рыболовных сетей и т.д.

Полиэфиры, являющиеся по своей химической природе сложными эфирами, получают реакцией поликонденсации многоатомных спиртов и многоосновных кислот или их ангидридов.

Наиболее важными представителями этого класса пластмасс являются полиэтилентерефталат и поликарбонат — термопластичные полиэфиры линейного строения, получаемые из двухатомных кислот и двухатомных спиртов и фенолов.

Полиэтилентерефталат представляет собой твердый полимер белого цвета общей химической формулы

Материал относится к классу кристаллизующихся полимеров: при достаточно быстром охлаждении расплава до комнатных температур образуется аморфный прозрачный полимер, в дальнейшем медленно кристаллизирующийся, при этом скорость кристаллизации достигает максимального значения при температуре 80 °С. Максимальная степень кристалличности неориентированного полиэти-лентерефталата достигает 45%, у ориентированного материала (в виде волокон и пленок) может составлять даже 60%. Полиэтилентерефталат отличается достаточно высокой температурой плавления (255-265 °С), значительной плотностью (до 1450 кг/м³), а также хорошими диэлектрическими свойствами, сохраняющимися практически неизменными в присутствии влаги. Материал является химически устойчивым: при комнатных температурах нерастворим в большинстве органических растворителях, органических кислотах, жирах и воде. Предельное водопоглощение материала не превышает 1%.

Основное количество промышленно выпускаемого полиэтилен-терефталата используется для получения так называемых полиэфирных или лавсановых волокон и пленок. Волокна и пленки из ПЭТФ характеризуются высокой прочностью, хорошими деформационными свойствами, а также стойкостью к истиранию. Пленки из ПЭТФ, имеющие, как правило преимущественно аморфную структуру, являются высокопрозрачными и благодаря этому свойству и высокой прочности широко используются в качестве фото-, кино-и рентгеновской пленки, подложки для аудио- и видео-магнитных лент, изоляции обмоток трансформаторов, а также для упаковки пищевых продуктов, медицинских препаратов и химических реактивов. Высокопрочные лавсановые волокна, напоминающие по ряду своих свойств шерсть, но превосходящие ее по устойчивости к истиранию, находят широкое применение при изготовлении тканей, транспортерных лент, брезентов, рыболовных сетей, бензостойких шлангов и других важных изделий.

Поликарбонаты, представляющие собой сложные полиэфиры угольной кислоты и диоксисоединений, характеризуются наличием в основной цепи карбонатной связи

Благодаря цепному комплексу свойств наибольший интерес представляют линейные ароматические поликарбонаты. Поликарбонаты характеризуются сравнительно низкой степенью кристалличности (30—40 %), высокой температурой плавления (220-270 °С), хорошей теплостойкостью (теплостойкость по Вика 150—165 °С) и выдающейся морозостойкостью, лежащей в области температур —100 °С. Материал обладает хорошими прочностными свойствами и особенно высокой устойчивостью к ударным нагрузкам, практически сохраняющимися неизменными в широком интервале температур от —150 до +200 °С. Материалы обладают высокими диэлектрическими свойствами и хорошей оптической прозрачностью. Поликарбонаты обладают низкой гигроскопичностью, устойчивы к действию УФ-света, излучений высокой энергии и суммарному воздействию факторов светопогоды. Благодаря комплексу ценных свойств поликарбонаты являются одним из самых перспективных видов пластических масс и находят широкое применение для изготовления корпусов радиоаппаратуры, холодильников, магнитофонов, труб, кранов, насосов, шестеренок, болтов, электротехнической и светотехнической аппаратуры.

Физиологическая безвредность поликарбонатов позволяет широко применять их в медицинской промышленности для изготовления корпусов бормашин, зубных протезов, обладающих высокой прочностью и стабильностью размеров, небьющейся медицинской посуды.

Отсутствие запаха и вкуса, высокая ударостойкость, а также безвредность позволяют применять поликарбонаты для изготовления посуды для горячей пищи, упаковочной тары, в том числе для хранения и транспортировки пищевых продуктов.

Фторопласты — принятое в России техническое название фторсодержащих пластмасс, имеющих в разных странах различные торговые наименования: фторлон (Россия), тефлон (США), сорефлон (Франция), гостафлон (Германия) и т.д. Наиболее известным среди фторопластов является фторопласт-4, имеющий химическое название политетрафторэтилен, структурная формула которого [- CF₂ - CF₂ -]n.

Фторопласт-4 представляет собой, получающийся методом полимеризации, линейный высококристаллический (степень кристалличности достигает 90 %) полимер белого цвета, характеризующийся высокой для ненаполненных пластмасс плотностью, составдяющей 2150—2250 кг/м³.

Полимер характеризуется целым рядом свойств, делающих данный материал настоящим рекордсменом среди других видов пластмасс.

Фторопласт-4 является одним из самых теплостойких и термостабильных полимеров: его температура плавления составляет 327 °С, а заметное разложение материала наблюдается лишь при 415 °С.

Фторопласт-4 является наиболее химически стойким полимером: он не растворяется ни в одном растворителе, на него не действуют даже концентрированные кислоты, сильные окислители и другие агрессивные вещества. Материал является лучшим диэлектриком и его диэлектрические свойства не изменяются в широком температурном интервале эксплуатации. Фторопласт-4 обладает самым низким коэффициентом трения из всех известных материалов. Материал обладает антиадгезивными свойствами, а также является физиологически безвредным.

Весь этот комплекс ценных свойств и обеспечил фторопласту-4 широкое применение в самых различных областях народного хозяйства. Полимер широко применяется в радио- и электротехнике в качестве изоляционного материала для проводов, кабелей, конденсаторов, трансформаторов и устройств, эксплуатирующихся в коррозионно активных средах, а также при низких и высоких температурах. Из материала изготавливают коррозионноустойчивые трубы, прокладки, вентили. Фторопласт-4 наносят на различные поверхности для придания им антикоррозионных и антиадгезионных свойств, что находит применение при изготовлении антипригарной посуды, а также для защиты изделий и конструкций от коррозии. В медицине фторопласт-4 применяется для изготовления различных протезов (сердечных клапанов, кровеносных сосудов, суставов и др.). Фторопласт-4 применяется в качестве материала для изготовления подшипников, работающих без смазки и в агрессивных средах. Однако более широкому применению материала в этом направлении препятствует присущая фторопласту хладотекучесть — способность деформироваться (изменять свои размеры) под действием даже умеренных нагрузок при сравнительно низких температурах.

Термореактивные пластмассы, в отличие от термопластичных в процессе переработки в изделия переходят в неплавкое и нерастворимое состояние и в дальнейшем эксплуатируются в этом виде, не переходя в состояние расплава, даже при высоких температурах, вызывающих разложение полимера. Это придает таким материалам высокую теплостойкость и устойчивость к действию химически агрессивных сред: растворителей, кислот, щелочей, водных сред и др., тем самым расширяет диапазон возможных условий эксплуатации изделий их этих материалов.

Наиболее распространенными среди таких материалов являются феноло-формальдегидные, аминоформальдегидные, эпоксидные и кремнийорганические смолы и пластические массы на их основа.

Феноло-формальдегидные смолы, являющиеся одним из наиболее распространенных полимерных материалов, получают поликонденсацией формальдегида с фенолом, имеющим три активных центра. Реакция протекает в несколько стадий, при этом на начальной стадии образуются линейные продукты поликонденсации, а затем разветвленные и пространственно-сшитые структуры. При избытке фенола в реакционной смеси получают новолачные (идитоловые) смолы, а при избытке формальдегида - резольные (бакелитовые) смолы.

Новолачные смолы термопластичны, имеют линейное строение, растворимы в спиртах и ацетоне и их растворы применяют для изготовления идитоловых лаков и политур.

Резольные смолы под действием повышенных температур способны переходить в неплавкое, нерастворимое трехмерносшитое состояние. Резольные смолы широко применяются для изготовления фенопластов - пластических масс на их основе. Фенопласты получают из прессованных материалов, являющихся композициями новолачной или резольной смолы на стадии резитола, обладающего разветвленной или слабо сшитой структурой, и наполнителей различного состава. В процессе переработки пресспорошков при повышенных температурах (160-180 °С) происходит переход феноло-формальдегидной смолы в трехмерносшитое состояние. Сшитые феноло-формальдегидные смолы обладают высокой теплостойкостью и термостойкостью, выдерживая в течение длительного времени воздействие температур +125 °С и кратковременно до +170 °С. Изделия из фенопластов обладают хорошей прочностью, высокими диэлектрическими свойствами, устойчивостью к действию кислот, щелочей, растворителей, воды.

Фенопласты используются для изготовления хозяйственных, канцелярских товаров и товаров культурно-бытового назначения, а также электроустановочной аппаратуры.

К сожалению, вследствие токсичности основных компонентов (фенола и формальдегида) фенопласты не применяются для изготовления посуды и других изделий, контактирующих с пищевыми продуктами. Фенопласты обладают низкой устойчивостью к действию световых лучей, и, окисляясь на воздухе, присутствующий в них фенол, образует окрашенные (красно-коричневые) соединения, придающие композициям пятнистый вид. Вследствие этого изделия из фенопластов изготавливают обычно черного или коричневого цвета, добавляя в композиции соответствующие пигменты.

Амино-формальдегидные смолы получают поликонденсацией формальдегида с мочевиной и мел амином. Механизм протекающих реакций отверждения этих смол сходен с механизмом сшивания феноло-формальдегидной смолы. Пластмассы на основе амино-формальдегидных смол называют аминопластами.

Аминопласты обладают высокой теплостойкостью, термостойкостью, хорошей влагостойкостью, но показатели этих свойств несколько ниже, чем у фенопластов.

Аминопласты применяют для изготовления деталей электроосветительного оборудования (абажуры, колпаки, выключатели), посудо-хозяйственных, галантерейных товаров, товаров культурно-бытового назначения. Обычно изделия из аминопластов имеют окраску светлых или ярких тонов. Допускается применение аминопластов для изготовления изделий, контактирующих с пищевыми сыпучими продуктами (но не для горячей пищи).

Эпоксидные смолы в неотвержденном виде представляют собой жидкие, реже твердые, полимерные соединения, содержащие в макромолекулах эпоксидную группу

Эпоксидные смолы эксплуатируются только в отвержденном состоянии, отверждаясь за счет раскрытия а-окисного цикла без выделения побочных продуктов, что дает возможность получать изделия из них практически без усадки. Отверждение эпоксидных смол производится как при нагревании, так и при сравнительно низких температурах (например, комнатных). Отвердителями для эпоксидных смол служат полиамины (отвердители холодного отверждения), либо дикарбоновые кислоты и их ангидриды (отвердители горячего отверждения).

Отвержденные эпоксидные смолы обладают хорошей прочностью, высокой адгезионной способностью, влагостойкостью. Изделия на основе эпоксидных смол отличаются достаточной теплостойкостью (120-140 °С), хорошими диэлектрическими свойствами.

Эпоксидные смолы используют как основу ряда лакокрасочных материалов, клеев, а также в качестве связующего для изготовления армированных пластиков, абразивных и фрикционных материалов, полимербетонов, герметиков, компаундов, пенопластов и других материалов и изделий, широко применяемых в различных областях народного хозяйства.

Кремнийорганические смолы, относящиеся к классу элементо-органических полимеров, характеризуются наличием в структуре основной цепи атомов кремния и кислорода, т.е. наличием так называемой силоксановой связи и углеродных радикалов (R и R) в боковой цепи.

Основным ценным свойством материалов на основе кремний-органических является их высокая термостойкость. Они выдерживают рабочие температуры до 250 °С (ненаполненные смолы) и даже до 400 °С (наполненные минеральными наполнителями композиции). Кремнийорганические смолы обладают гидрофобными (водоотталкивающими) свойствами.

Жидкие кремнийорганические смолы применяются в качестве высокотемпературных смазок и водоотталкивающих пропиток тканей, не ухудшающих их воздухо-, паропроницаемость, для пропиток древесины с целью повышения их стойкости к действию влаги и снижения пожароопасности.

Важнейшую роль играют кремнийорганические смолы в качестве основного связующего для изготовления трехмерносшитых композиций с различными наполнителями, отличающихся высокой прочностью и термостойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами и водостойкостью, и находящими в связи с этим самое широкое применение.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒