Старение полимеров.Пластмас. Классификация и состав пластических материалов.Термоактивный пласт

Полужесткие пластические массы представляют собой твердые, в известной степени упругие материалы, характеризующиеся, как правило, кристаллической структурой. Пластмассы этого типа характеризуются средней величиной модуля упругости и хорошей деформативной способностью, составляющей несколько десятков, а иногда несколько сотен процентов. Типичными представителями этой группы материалов являются полиэтилен, полиамиды, поливиниловый спирт и др.

Мягкие пластики представляют собой эластичные композиции преимущественно аморфной структуры, характеризующиеся низким модулем упругости и высокими деформационными свойствами. Причем для них характерной является малая величина остаточной деформации при достаточно большой общей деформационной способности. Развитие и исчезновение обратимой деформации в мягких пластиках происходит с малой скоростью, в отличие от эластомеров, где обратимые деформации проявляются и исчезают с большой скоростью.

Термореактивные пластик. Свойства и область применения.

Основу всякого реактопласта составляет химически затвердевающая термореактивная смола – связующее вещество. Кроме того, в состав реактопластов входят наполнители, пластификаторы, отвердители, ускорители или замедлители и растворители. Наполнителями могут быть порошковые, волокнистые и гибкие листовые материалы. В качестве порошковых наполнителей используют молотый кварц, тальк, графит, древесную муку, целлюлозу. К пластмассам с порошковыми наполнителями относятся: фенопласты и аминопласты. Из них изготавливают несиловые конструкционные и электроизоляционные детали (рукоятки, детали приборов, кнопки и т. д.), различные вытяжные и формовочные штампы, корпуса сборочных и контрольных приспособлений, литейные модели и другую оснастку.

Фенопласты (бакелиты, феноло-формальдегидные смолы) являются термоупрочняемыми пластмассами. Неупрочненные смолы получают при поликонденсации фенола с формальдегидом. Существует два основных типа феноло-формальдегидных смол: новолаки и резолы.

Для получения пластмассы с хорошими потребительскими свойствами в новолаки добавляют субстанцию (обычно уротропин), которая при нагревании разлагается с выделением формальдегида. Формальдегид, добавляемый к новолаковой смоле, образует упрочняющиеся гидроксиметильные группы.

Упрочнение термопластов в основном проводится в интервале температур 140 – 180°С, но благодаря соответствующим добавкам кислот некоторые резолы можно отвердить уже при 25°С и выше.

Резолы получают в спиртовых средах, применяя избыток формальдегида. Продукт содержит гидроксиметиленовые группы. Во время нагревания происходит необратимое упрочнение (реакция образования сетчатой структуры), поэтому резолы прессуют в формах.

Упрочненные феноло-формальдегидные смолы чаще носят название бакелитов. Эта пластмасса хорошо обрабатывается механически инструментами для обработки металла и может подвергаться полированию. Бакелит из ново лака имеет большую термостойкость (100 – 150°С), чем бакелит из резола, но худшие диэлектрические свойства.

Бакелит трудногорюч, а после извлечения из пламени сразу гаснет. Горящий бакелит дает желтый цвет пламени, коптящий в зависимости от вида наполнителя. Остаток, извлеченный из пламени, твердый, разбухший, потрескавшийся и обугленный. В процессе горения выделяются фенол и формальдегид с характерным запахом.

Бакелит стоек к воздействию разбавленных кислот и щелочей, а также большинства органических растворителей. Для склеивания треснутых бакелитовых изделий можно применять нитроцеллюлозные клеи или жидкие фенольные смолы.

Из бакелита изготавливают изделия галантереи (пуговицы, пепельницы), электротехнические элементы (вилки, розетки), корпуса радио- и телефонных и аппаратов, детали стиральных машин, защитные шлемы, корпуса аккумуляторов, плиты, лаки, клеи.

Аминопласты являются термоупрочняемыми пластмассами. К ним относятся карбамидо-формальдегидные смолы и меламино-формальдегидные смолы.

Неупрочненная смола получается при поликонденсации формальдегида с карбамидом (смола карбамидо-формальдегидная) или меламином (смола меламино-формальдегидная). Эти смолы имеют реактивные группы —СН2ОН, которые под влиянием нагрева (или кислотных катализаторов) способны к конденсации, в результате которой смолы упрочняются (приобретают пространственную сетчатую структуру).

Упрочненные аминопласты твердые и жесткие. Их можно полировать и механически обрабатывать инструментами по металлу, они имеют хорошие электроизоляционные свойства, легко окрашиваются.

Теплостойкость упрочненных аминопластов около 100 – 120оС. Образец, внесенный в огонь, начинает гореть не более чем через 1 минуту. Вынутый из пламени, он не гаснет, но горит медленно (в действительности горят наполнители, сама смола негорюча). Огонь имеет желтый цвет (меламиновая смола) или желтый с зеленовато-голубой каймой (карбамидная смола). Остаток после горения растрескавшийся, разбухший и покрыт по краям характерным белым налетом. Во время горения отчетливо чувствуется запах формальдегида и карбамида.

Упрочненные аминопласты стойки к воздействию воды, кислот (в том числе серной и азотной), щелочей и органических растворителей. Для склеивания таких аминопластов можно применять феноло-формальдегидные или карбамидо-формальдегидные клеи.

Из аминопластов изготавливают клеи для дерева, электротехнические детали (розетки, выключатели) и галантерею, тонкие покрытия для украшения, лаки (так называемые печные), пенистые материалы.

Реактопласты с волокнистыми наполнителями представляют собой композиции, состоящие из связующего (смолы) и волокнистого наполнителя в виде очесов хлопка (волокниты), асбеста (асбоволокниты), стекловолокна (стекловолокниты).

Большинство термореактивных пластмасс получается на основе фенолформальдегидных и фенолальдегидных полимеров. При термической деструкции полимеров этого типа образуется углеродистый остаток (так называемый кокс), обладающий высокой термостойкостью.

Разнообразные пластические массы на основе фенолальдегидных и фенолформальдегидных полимеров получили название фенопластов.

В промышленности наиболее широко применяют прессованные материалы на основе фенолформальдегидных полимеров. В зависимости от характера применяемого наполнителя и степени его измельчения все прессованные материалы делятся на три группы: пресс-порошки,  волокиты и слоистые пластики

Термореактивные пластмассы с порошковым наполнителем. Их применяют для изготовления как технических, так и бытовых изделий. Те или иные свойства достигаются за счет варьирования применяемых полимеров, наполнителей отвердителей, а также красителей и различных специальных добавок. Основную роль здесь играет фенолформальдегидный олигомер. От характера наполнителя зависят механическая прочность, теплостойкость, химическая стойкость и диэлектрические свойства. Из числа органических наполнителей наиболее часто применяют древесную муку. Но пресс-материалы с этим наполнителем резко ухудшают свойства при температурах близких к 200 °С. Минеральные наполнители (слюда, кварц, плавиковый шпат, каолин) превосходят органические наполнители по теплостойкости и водостойкости. Для изделий, эксплуатирующихся при обычных температурах, целесообразно использовать порошковые наполнители обоих типов. Так, применение древесной муки позволяет повысить водостойкость и диэлектрические свойства, а для увеличения термостойкости в изделия добавляют асбестовую муку. Для снижения хрупкости изделий на основе фенолформальдегидной смолы ее смешивают с полиамидами или же синтетическим каучуком.

Волокнистые пресс-материалы. Пресс-материалы с порошковым наполнителем обладают относительно невы­сокими физико-механическими свойствами (при растяжении (тв = 30-бОМПа, при сжатии сгв = 150-190 МПа), поэтому изделия из них не могут быть применены в ряде областей. Использование волокнистых наполнителей позволяет повысить прочность. Волокнистыми наполнителями служат обычно длинноволокнистый асбест, хлопковая целлюлоза, стеклянное волокно. Термореактивные пластмассы с наполнителем из хлопковой целлюлозы носят название волокнитов. Волокниты используют в основном для изготовления деталей технического назначения (не декоративного), их выпускают неокрашенными, натурального светло-коричневого цвета. Прочность волокнитов при сжатии - не менее 1200 МПа, ударная вязкость 90 кДж/м2, причем прочностные характеристики зависят от длины волокна. Так, при длине нитей 20 мм ударная вязкость колеблется от 90 до 150 кДж/м2, а при длине 30 мм - повышается до 200 кДж/м2. Особа высокопрочный волокнит получается при замене обычной хлопковой целлюлозы хлопковым волокном, предназначенным для кордных нитей. При изготовлении автопокрышек применяют нити из лучших сортов хлопка с длиной волокна 29-37 мм. Из волокнитов изготавливают детали, обладающие хорошей антифрикционной стойкостью (различные фланцы, кулачки, шестерни, направляющие втулки).

К волокнистым термореактивным пластмассам относятся также и асбоволокнистые материалы, получаемые смешением фенолформальдегидной смолы и асбестового волокна. Асбестовое волокно плохо смачивается и обволакивается полимером, поэтому материал многократно пропускают через валки. Асбомассы обладают хорошими фрикционными (тормозными) свойствами и хорошей теплостойкостью, но по водостойкости и диэлектрическим свойствам уступают пресс-порошкам. Асбомассы имеют сравнительно невысокую прочность при растяжении и малую текучесть при прессовании, поэтому изготовление из них тонкостенных деталей затруднено.

Литература.

Дзевульский В. М. Технология металлов и дерева. — М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы. 1995.

1