Термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты) полимеры. Свойства и применение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Казанский национальный исследовательский технологический университет

Кафедра "Технологии основного органического и нефтехимического синтеза"

Реферат

Тема: Термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты) полимеры. Свойства и применение

Выполнил: магистрант кафедры ТООНС

Накып А.М.

Казань 2017

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Общая характеристика

2. Термопласты

3. Реактопласты

4. Свойства и применение

5. Примеры

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Термин "пластические массы" появился в конце XIX в. Первые промышленные материалы были изготовлены на основе нитроцеллюлозы (1862-65) и казеина (1897). Развитие современных реактопластов началось с разработки фенопластов (Л. Бакеланд, 1907-08) и аминопластов (Г. Поллак, 1921), термопластов синтеза полистирола (1930), поливинилхлорида полиэтилена (1938-39). В России производство пластических масс начало складываться приблизительно в 1914 и достигло 5,03 млн. т/год (1986); научные основы и организационные начала связаны с именами Г.С. Петрова, A.M. Настюкова, А.А. Ваншейдта, С.H. Ушакова, И. П. Лосева и др. Современная промышленность пластических масс включает большой ассортимент материалов на основе разнообразных связующих и наполнителей. Рост мирового производства пластических масс идет высокими темпами (около 20% в год).

Пластические массы применяют во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства в качестве материалов конструкционного, защитного, электротехнического, декоративного, фрикционного и антифрикционного назначений.

1. Общая характеристика

Полимерные материалы в настоящее время используются практически во всех областях человеческой деятельности, начиная от медицины и заканчивая авиационно-космической отраслью. Широкое распространение данные материалы получили благодаря уникальным свойствам, многие полимеры имеют высокую степень устойчивости к различным видам механических и химических воздействий, а также являются диэлектриками. Полимером называется органическое вещество, длинные молекулы которого построены из одинаковых многократно повторяющихся звеньев -- мономеров. По происхождению полимеры делятся на три группы.

Природные образуются в результате жизнедеятельности растений и животных и содержатся в древесине, шерсти, коже. Это протеин, целлюлоза, крахмал, шеллак, лигнин, латекс.

Обычно природные полимеры подвергаются операциям выделения очистки, модификации, при которых структура основных цепей остается неизменной. Продуктом такой переработки являются искусственные полимеры. Примерами являются натуральный каучук, изготовляемый из латекса, целлулоид, представляющий собой нитроцеллюлозу, пластифицированную камфарой для повышения эластичности.

Природные и искусственные полимеры сыграли большую роль в современной технике, а в некоторых областях остаются незаменимыми и до сих пор, например в целлюлозно-бумажной промышленности. Однако резкий рост производства и потребления органических материалов произошел за счет синтетических полимеров - материалов, полученных синтезом из низкомолекулярных веществ и не имеющих аналогов в природе. Развитие химической технологии высокомолекулярных веществ -- неотъемлемая и существенная часть современной НТР. Без полимеров уже не может обойтись ни одна отрасль техники, тем более новой.

По химической структуре полимеры делятся на линейные, разветвленные, сетчатые и пространственные.

Молекулы линейных полимеров химически инертны по отношению друг к другу и связаны между собой лишь силами Ван-дер-Ваальса. При нагревании вязкость таких полимеров уменьшается и они способны обратимо переходить сначала в высокоэластическое, а затем и в вязкотекучее состояния (рисунок 1).

Рисунок 1 Схематическая диаграмма вязкости термопластичных полимеров в зависимости от температуры: Т1 - температура перехода из стеклообразного в высоко эластичное состояние, Т2 - температура перехода из высокоэластичного в вязкотекучее состояние.

В настоящее время специалисты разделяют все виды полимерных материалов на два класса - термопласты и реактопласты.
Поскольку единственным следствием нагрева является изменение пластичности, линейные полимеры называют термопластичными. Не следует думать, что термин «линейные» обозначает прямолинейные, наоборот, для них более характерна зубчатая или спиральная конфигурация, что придает таким полимерам механическую прочность.

Термопластичные полимеры можно не только плавить, но и растворять, так как связи Ван-дер-Ваальса легко рвутся под действием реагентов.

Разветвленные (привитые) полимеры более прочны, чем линейные. Контролируемое разветвление цепей служит одним из основных промышленных методов модификации свойств термопластичных полимеров.

Сетчатая структура характерна тем, что цепи связаны друг с другом, а это сильно ограничивает движение и приводит к изменению как механических, так и химических свойств. Обычная резина мягка, но при вулканизации серой образуются ковалентные связи типа S-0, и прочность растет. Полимер может приобрести сетчатую структуру и спонтанно, например, под действием света и кислорода произойдет старение с потерей эластичности и работоспособности. Наконец, если молекулы полимера содержат реакционноспособные группы, то при нагревании они соединяются множеством прочных поперечных связей, полимер оказывается сшитым, т. е. приобретает пространственную структуру. Таким образом, нагрев вызывает реакции, резко и необратимо изменяющие свойства материала, который приобретает прочность и высокую вязкость, становится нерастворимым и неплавким. Вследствие большой реакционной способности молекул, проявляющейся при повышении температуры, такие полимеры называют термореактивными.

Термопластичные полимеры получают по реакции полимеризации, протекающей по схеме пММп (рисунок 2), где М -- молекула мономера, Мп-- макромолекула, состоящая из мономерных звеньев, п -- степень полимеризации. пластический термопласт фрикционный

При цепной полимеризации молекулярная масса нарастает почти мгновенно, промежуточные продукты неустойчивы. Современная химия создала новый инструмент -- реакцию полимеризации, а благодаря ему большой класс термопластичных полимеров. Реакция полимеризации реализуется лишь в сложной аппаратуре специализированных производств, и термопластичные полимеры потребитель получает в готовом виде.

Термореактивные полимеры могут образоваться более простым и естественным путем- реакцией поликонденсации. Высокая технологичность термореактивных полимеров предоставляет широкие возможности изготовлять различные изделия на нехимических предприятиях, в том числе на радиозаводах.

Рисунок 2 Реакции образования полимеров:

а) - полимеризация,

б) - поликонденсация

2. Термопласты

Термопласты представляют собой полимерные материалы, которые размягчаются при нагревании, а при остывании вновь приобретают свои изначальные свойства. При этом свойства материала не изменяются. К этому типу пластмасс относятся полистирол, полиэтилен, поливинилхлорид, полиметилметакрилат (органическое стекло) и др. Термопласты, в отличие от реактопластов, намного легче поддаются термопрессованию.

В настоящее время во всех странах развивается производство термопластичных материалов. В связи с ростом производства термопластов особенно широкое развитие получили такие методы переработки, как литье под давлением является одним из наиболее эффетивных методов.

Технология изготовления термопластов довольно проста: гранулы засыпаются в камеру термопластавтомата, где, при необходимой температуре, переходят в текучее состояние, затем расплавленная маас попадает в специальную форму, где происходит прессование и дальнейшее охлаждение. Как правило, большинство термопластов может быть использовано вторично.

Данный способ изготовления полимерных изделий применяется чаще всего при производстве различных видов серийных деталей, используемых, например, в радиотехнике. В некоторых случаях с помощью термопрессования изготавливаются мелкосерийный или уникальные изделия для различных областей человеческой деятельности. К наиболее известным термопластам в настоящее время относятся полиэтилен, полипропилен, лавсан, фторопласт и поливинилхлорид.

3. Реактопласты

Реактопласты представляют собой полимерные материалы, которые разрушаются при достижении определенной температуры. Отвержденные термореактивные пластмассы нельзя повторным нагревом вновь перевести в вязкотекучее состояние, так как при этом они обугливаются и сгорают. Изделия из реактопластов изготавливают из технологических полуфабрикатов, представляющих собой однородные смеси, в основе которых находится не готовый полимер, а его полупродукт (мономер, олигомер и т. п.), превращающийся при нагреве в закопченное высокомолекулярное соединение с пространственной структурой макромолекул.

Изготовление реактопластов, в отличие от термопластов, происходит с помощью порошкового пресс-формование. Предварительно порошок, из которого изготовляется данный полимер, засыпается в пресс-форму, где происходит прессование при определенной температуре и давлении. Данный способ изготовления полимерных материалов позволяет получить необходимое вещество с заданными характеристиками.

По оценкам специалистов, в некоторых случаях получение реактопластов обходится дешевле, чем изготовление термопластов, но, с другой стороны, вторичная переработка реактопластов бывает очень сложной. В настоящее время отечественная и зарубежная промышленность выпускают различные виды реактопластов на основе фенолформальдегидных смол, а также различных видов эпоксидных материалов. Наибольшим спросом на рынке пользуются такие материалы, как бакелит и капролон.

В основе процесса формообразования изделий из пластмасс лежит свойство полимеров приобретать вязко текучее состояние при нагревании до сравнительно невысоких температур (90...200 °С). Формообразование выполняется в закрытых рабочих формах -- пресс-формах при определенных параметрах процесса (температуре, давлении и времени выдержки).

Основные способы переработки пластмасс: прессование (прямое и литьевое); литье под давлением -- инжекционное прессование, экструзия; формование из листов (пневмоформование, формование штамповкой, вакуумное формование); формование крупногабаритных изделии из слоистых пластмасс (контактное, вакуумное, автоклавное, намоткой); сварка, механическая обработка.

К основным свойствам пластмасс относятся: механические, диэлектрические, теплофизические, фрикционные и др. Плотность пластмасс зависит от природы полимера, вида наполнителя, условий переработки изделий и других факторов. В среднем плотность пластмасс в 2 раза меньше, чем у алюминия, и в 5...8раз меньше, чем у стали, меди и других металлов.

Прочность пластмасс колеблется в широких пределах и зависит от видов полимера и наполнителя, а также от их соотношения. Удельная прочность, т.е. прочность, отнесенная к плотности, для ряда пластмасс выше, чем у металлов, однако модуль упругости заметно ниже.

Основными недостатками пластмасс являются ограниченная теплостойкость (до 400 °С) и чувствительность к колебаниям влажности.

Все пластмассы являются диэлектриками. Теплопроводность пластмасс во много раз меньше, чем у металлов. Коэффициент линейного расширения у пластмасс гораздо выше чем у металлов, изменяется в широких пределах и зависит от структуры материалов и его наполнителя.

Пребывание пластмасс в воде или атмосфере с высокой влажностью во многих случаях приводит к снижению их физико-механических и диэлектрических характеристик. Большинство пластмасс стойки к действию нефтепродуктов, а некоторые из нескольких сильно агрессивным средам.

Фторопласты, полиамиды, текстолиты, древеспослоистые пластмассы имеют малый коэффициент трения, т. е. обладают антифрикционными свойствами и применяются в подшипниках скольжения.

Пластмассы на основе фенолформальдегидных смол с волокнистым наполнителем имеют высокий коэффициент трения (0,2...0,6) и применяются как фрикционные материалы в тормозных системах и фрикционных передачах.

4. Свойства и применение

Физико-механические и другие эксплуатационные свойства ТП и РП различаются в очень широких пределах в зависимости от типа и содержания полимера, наполнителя и модифицирующих добавок. Так, для ненаполненных пластических масс кратковременный модуль упругости при обычных условиях изменяется от 4 ГПа для аморфных стеклообразных до 0,015 ГПа для кристаллических с низкой температурой стеклования, а прочность при растяжении - от 150-200 до 10 МПа соответственно. Плотность ненаполненных пластических масс лежит в пределах 0,85-1,50 г/см3 и только для фторопластов достигает 2,3 г/см3. В широких пределах различаются также диэлектрические и теплофизические свойства ненаполненных пластических масс. Очень резко изменяются свойства пластических масс при их наполнении - от легких и мягких пенопластов до жестких и прочных бороорганов и углепластиков, значительно превосходящих по прочностным показателям конструкционные металлы.

Основные достоинства пластических масс - возможность производства деталей сложной формы и полуфабрикатов (пленок, труб, профилей и т.п.) высокопроизводительными, малоэнергоемкими и безотходными методами формования, низкая плотность, устойчивость в агрессивных средах, к воздействиям вибрации и ударных нагрузок, радиационных излучений, атмосферостойкость, высокие оптические и диэлектрические свойства, легкость окрашивания. К недостаткам относятся горючесть, большое тепловое расширение, низкие термо- и теплостойкость, склонность к ползучести и релаксации напряжения, растрескивание под напряжением.

Применение пластмасс в современной архитектуре -21 век. Натяжные потолки уже давно стали эталоном красоты и качества. Пластические материалы отодвинули на задний план плитку и вагонку. Самым надежным качеством натяжных потолков является водостойкость. Помимо прекрасных внешних свойств, натяжные потолки не горючи.

5. Примеры

Некоторые представители термопластичных пластмасс:

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Энциклопедия полимеров, т. 2, M., 1974

2. Пластики конструкционного назначения (реактопласты), под ред. E. Б. Тростянской, M., 1974

3. Термопласты конструкционного назначения, под ред. E. Б. Тростянской

4. Справочник пластическим массам, под ред. В. H. Катаева, 2 изд., т. 1-2, M.. 1975

5. Крыжановский, В.К., Кербер, М.Л., Бурлов, В.В.,. Паниматченко, А.Д. Производство изделий из полимерных материалов. - Санк-Петербург: Профессия, 2004. - 460 с.

Размещено на Allbest.ru