Полимерные материалы

Категория:
Промышленные материалы


Полимерные материалы

Производство полимерных материалов — одна из важнейших отраслей химической промышленности, поскольку эта продукция используется во всех областях производства и быта. Высокая экономическая эффективность применения полимерных материалов, универсальность их свойств, возможность получения из них изде-кий доступными и высокопроизводительными методами обусловили, особенно за последние 20 лет, неуклонный рост объема их производства. Производство пластических масс и синтетических смол в СССР возрастает примерно в два раза каждое пятилетие.

К полимерам относятся органические соединения, молекулы которых состоят из большого числа регулярно или нерегулярно повторяющихся звеньев одного или нескольких типов. Полимеры бывают природными и синтетическими. К природным полимерам относятся натуральный каучук, целлюлоза, белки, природные смолы, к синтетическим — фенолоформальдегидные, кар-бамидные, эпоксидные смолы, полиэтилен, полистирол, поливинил-хлорид, полиамиды, поликарбонаты, сложные полиэфиры и др. Синтетические полимеры по типу синтеза делят на полимеризаци-онные (и сополимеризационные) и поликонденсационные.

Процесс полимеризации состоит в соединении однородных (или разнородных) мономеров с последующим образованием нового высокомолекулярного вещества. При сополимеризации соединяются Два или более разнородных ненасыщенных мономера. Побочных продуктов при этих процессах не образуется.

При поликонденсации кроме образования нового высокомолекулярного вещества — полимера — выделяются побочные продукты (вода и др.). Поликонденсация процесс ступенчатый, а образующиеся на каждой стадии промежуточные продукты могут быть получены раздельно.

Синтетические смолы в зависимости от реакции их образована и от других факторов разделяются на полимеризационные и конденсационные, термопластичные, не претерпевающие, химических изменений под влиянием повышенной температуры, и термореак-тивные, претерпевающие такие изменения. К термопластичным смолам относятся поливинилацетат, полистирол, поливинилхлорид,; продукты конденсации гликолей с двуосновными карбоновымн кислотами и др.

К термореактивным смолам относятся: фенолоформальдегидные, мочевиноформальдегидные и др.

Значение полимерных материалов непрерывно растет, в ряде случаев они конкурируют с металлами и сплавами, однако по надежности, долговечности и конструкционной прочности уступают им. Отрицательным свойством полимерных материалов является способность к старению, снижению механических свойств при по-1 выщенных температурах, сопровождающаяся снижением физичес-1 ких свойств и изменением внешнего вида.

Наибольшее применение в технике получили следующие термореактивные смолы.

Фенолоформальдегидные и фенолофурфурольные — продукты поликонденсации фенолов с формальдегидом или соответственно фурфуролом. Применяют для конструкционных и неконструкционных пластмасс. Термостойкость их до 300 °С.

Аминоформальдегидные (карбамидные) смолы — продукты поликонденсации аминов (мочевины, тиомочевины, меламина) с формальдегидом. Применяют для электроизоляционных и декоративных пластмасс. Термостойкость их до 145°С.

Эпоксидные — продукты поликонденсации хлорированного глицерина и многоатомных фенолов. Применяют для высокопрочных конструкционных пластмасс.

Полиэфирные — продукты полимеризации или поликонденсации сложных эфиров некоторых двухосновных кислот, ангидридов и многоатомных спиртов. Используют для высокопрочных конструкционных и электроизоляционных пластмасс, в том числе формующихся при низких давлениях. Термостойкость их до 300 °С.

Полисилоксановые связующие на основе кремнийорганических соединений используют для эластичных, химически- и термостойких (до 400 °С) электроизоляционных пластмасс.

Наибольшее применение получили следующие термопластичные смолы, которые используют для приготовления литьевых пластмасс и листовых или пленочных пластических материалов, не содержащих наполнителей.

Полиэтиленовые — продукты полимеризации этилена и его производных; используют для электроизоляционных и других пластмасс.

Поливинилхлоридные — продукты полимеризации хлорпроиз-водных этилена; используют для электроизоляционных, химически стойких, теплостойких и декоративных пластмасс.

Полиакриловые — продукты полимеризации акриловой и мета-криловой кислот и их производных; применяют для прозрачных пластмасс (оргстекло).

Полиамидные — продукты поликонденсации диаминов с некоторыми двухосновными кислотами или ступенчатой полимеризации лактанов аминокислот; используют для высокопрочных, термостойких и других пластмасс.

Полиуретановые — продукты взаимодействия некоторых органических соединений (диизоцианатов) с многоатомными спиртами; используют для высокопрочных, термостойких и других пластмасс.

Из числа производных природных полимеров получили применение эфиры целлюлозы. Целлюлоза является природным высокомолекулярным соединением, в результате обработки которого кислотами образуются сложные эфиры целлюлозы — ксантогенат, нитроцеллюлоза и ацетилцеллюлоза.

Пластические массы (пластмассы). Пластмассы занимают особое место среди синтетических полимерных материалов. Некоторые из них обладают хорошей удельной прочностью, фрикционно-стью, прозрачностью, электроизоляционностью, тепло- и звукоизо-ляционностью, химической стойкостью. Они представляют собой сложные композиции, состоящие из нескольких веществ. Их свойства зависят от вида и количества отдельных компонентов, входящих в их состав. Основным компонентом является связующее вещество (синтетическая смола, эфиры целлюлозы), придающее пластмассам пластичность и способность формоваться, а затем отвердевать, сохраняя полученную форму. Имеются пластмассы, которые’ состоят только из связующего вещества (полиметил-метакрилат и др.).

Вторым компонентом пластмасс является наполнитель. Это вещества, повышающие механическую прочность, теплостойкость, электроизоляционность и другие свойства. В зависимости от структуры пластмассы наполнители бывают порошкообразными, волокнистыми и сложными. В состав пластмасс вводят также пластификаторы, пигменты и другие добавки.

Общая характеристика пластмасс. По природе связующего вещества пластмассы бывают органического и неорганического происхождения в зависимости от пластической деформации при нагреве (по аналогии со смолами) — термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

По диэлектрическим свойствам пластмассы подразделяются на неполярные, или нейтральные, и полярные.

Пластмассы, состоящие из связующего вещества без наполнителя или с порошкообразным наполнителем, называют по роду смолы с добавлением окончания «пласт», например фенопласты, аминопласты и т. п. Пластмассы со слоистыми и волокнистыми наполнителями, физико-механические свойства которых определяются свойствами наполнителя, называют по роду наполнителя, например текстолиты — с текстильным наполнителем, асболиты — с асбестовым картоном, стекловолокниты — с наполнителем из стеклянного волокна и т. п. После смешивания смолы с наполнителями полученная масса легко перерабатывается в изделия.

По физико-механическим свойствам при обычной температуре пластмассы подразделяются на: – жесткие, обладающие, сравнительно высокой твердостью и упругостью, малым удлинением при разрыве, сохраняющие форму при внешних напряжениях в условиях обычных или повышенных температур; – полужесткие, с высоким относительным и остаточным удлинением при разрыве; – мягкие, отличающиеся повышенной мягкостью и эластичностью, высоким относительным и малым остаточным удлинением; – мягкие и эластичные с низким модулем упругости, хорошо деформирующиеся — пластиката (листы, ленты и др.).

Пластмассы выпускаются в виде порошков для прессования (пресс-порошок), масс для литья, листовых материалов для механической обработки, гнутья, штамповки, выдавливания, тонких (до 0,5 мм) листовых ненаполненных пленок. Пластмассы с пористой и ячеистой структурой и объемной массой 0,03—0,3 г/см3 называют пенопластами, а свыше 0,3 г/см3 — поропластами.

В зависимости от назначения различают пластмассы конструкционные, фрикционные, антифрикционные, специальные, химически стойкие, электроизоляционные, прозрачные, тепло- и звукоизоляционные, уплотнительные (прокладочные) и декоративные.

Методы изготовления изделий из пластмасс и типы применяемого оборудования определяются типом пластмасс, используемых для изготовления изделий. При производстве изделий из термореактивных пластмасс применяют прессование на гидравлических прессах, метод напыления, метод непрерывного формования; при производстве изделий из термопластических пластмасс применяют литье под давлением, экструзию (под экструзией понимают процесс непрерывного выдавливания расплавленной массы через оформляющую головку), вакуумное и пневматическое формование и др.

Физические свойства. Плотность пластмасс составляет 15—2200 кг/м3 и выше, включая и пористые пластмассы-пороплас-ты. Наиболее легким является поропласт на основе аминоформаль-дегидной смолы, наиболее тяжелым — пресс-материал на основе фенолоформальдегидной смолы и наполнителя — свинца.

Температура плавления пластмасс зависит от типа и количества смолы и наполнителя и составляет 35—250 °С, что является их существенным недостатком. Они обладают невысокой морозостойкостью. Некоторые из них выдерживают низкие температуры без разрушения при одновременном снижении прочностных свойств. Наиболее морозостойкими являются политетрафторэтилен и фтор-хлорпроизводные этилена (до — 100 °С), менее морозостоек поливи-Н” Пластмассы (кроме полиэтилена и полиизобутилена) масло- и бензостойки.

Недостатком пластмасс является малая поверхностная твердость (в 10—100 раз ниже твердости стали) и высокий коэффициент термического расширения (в несколько раз больше, чем у металлов и сплавов). Для снижения его в состав пластмасс вводят наполнители, которые одновременно повышают ползучесть, возрастающую даже при незначительном повышении температуры.

Механические свойства характеризуются пределом прочности при сжатии, растяжении, изгибе.

Наиболее высокий предел прочности при растяжении у поли-капролактама и полиуретана 5—8,5 МПа, у слоистых пластиков — 25-30 МПа, у однонаправленных стеклопластиков — до 70— 80 МПа. Предел прочности при сжатии, как правило, в 2—4 раза больше, чем при растяжении. Древеснослоистые пластики имеют меньшую прочность при сжатии, чем при растяжении. Предел прочности при статическом изгибе у большинства пластмасс примерно одинаков и составляет 4—8 МПа.

Диэлектрические свойства пластмасс зависят от наполнителей, смол и их полярности. Наилучшими диэлектриками являются полиэтилен, полистирол, полиизобутилен, политетрафторэтилен, полидихлорстирол и др. Пластические массы, содержащие в своем составе графит и сажу, имеют пониженные электроизоляционные свойства.

Классификация- и области применения пластмасс. К фенопластам относятся: литые и слоистые фенопласты; фенопласты на основе жидкой резольной смолы и асбеста; фенопласты на основе смол резольного и новолачного типов; фенолиты; фенопласты на основе фенолоформальдегидных и фенолофурфу-рольных смол; волокнистые пресс-материалы; пресс-порошки.

Фенопласты применяются для изготовления различных изделий в машиностроении, электротехнике, радиотехнике, строительстве и товаров народного потребления. Обладают работоспособностью в диапазоне температур от —60 до +200 °С, высокими механическими и диэлектрическими свойствами.

К аминопластам относятся: прессовочные материалы (порошки и волокнистые материалы); клеи горячего и холодного отверждения; слоистые пластики; пористые материалы.

Аминопласты применяются в различных отраслях народного хозяйства. Устойчивы к действию влаги и нагреванию до 90 °С, нетоксичны.

К термопластичным пластмассам относятся полистирол эмульсионный и блочный, винипласт, органические стекла, полиамиды, древесные слоистые пластики, пластмассы на основе эфира, целлюлозы и др.

Эмульсионный и блочный полистирол используется для изготовления деталей радиоаппаратуры, приборов, предметов домашнего обихода, для отделки помещений. Обладает высокими диэлектрическими свойствами.

Винипласт используется в текстильной, нефтяной, угольной, металлургической, газовой, химической промышленности, в продовольственном машиностроении, станкостроении и сельском хозяйстве. Устойчив к действию влаги, кислот, щелочей, растворов солей, нефтяных углеводородов.

Органическое стекло (прозрачная пластмасса) применяется в основном в приборостроении, авто-, авиастроении и машиностроении. Отличается небольшой плотностью по сравнению с традиционным стеклом и повышенной прочностью, малочувствительно к ударам, толчкам, не дает опасных осколков.

Полиамиды используются в качестве конструктивного материала в приборостроении, автомобильной и авиационной промышленности, для производства тканей, ковров, искусственного меха. Отличаются высокой прочностью, износо- и теплостойкостью, устойчивостью к действию агрессивных жидкостей, кроме концентрированных неорганических кислот.

Древесные слоистые пластики используют для изготовления конструкционных, антифрикционных (шестерни, зубчатые колеса, подшипники), электроизоляционных материалов, для отделки мебели.

К пластмассам на основе эфиров целлюлозы относятся целлулоид, целлон и этролы. Применяются они для изготовления технических изделий, часовых стекол, игрушек, товаров народного потребления. Целлулоид прозрачен, водостоек, хорошо формуется.

Широкое применение в качестве изоляционного и упаковочного материала имеют пленки на основе полимеров и сополимеров винипласта, этилена и пропилена, пленка на основе полистирола, фторопластов и полиэфиров. Они обладают высокими электроизоляционными, антикоррозионными свойствами, эластичны, достаточно прочны.

Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение синтетических смол и пластмасс

Синтетические смолы поставляются в жидком и твердом виде, а пластические массы — в виде порошков, гранул, листов, пластин, пленок и плит.

Синтетические смолы и пластмассы упаковывают в различную тару: барабаны стальные и фанерные, банки металлические, бочки деревянные и стальные, фляги, бутылки стеклянные, ящики деревянные, мешки бумажные непропитанные и битумированные, мешки полиэтиленовые, вагоны-цистерны магистральных железных дорог и цистерны для нефтепродуктов.

Допускается применение мешков из пластиката, из шпредиро-ванной ткани, из фторопласта и из ткани с пленкой.

Ящики, бочки, барабаны должны быть внутри выстланы бумагой, бумажные мешки заклеены или прошиты шпагатом, проволокой или завязаны. Тара должна быть плотно закрыта: бутылки—

штертой или корковой пробкой, обернутой пергаментной бумагой; Пионы — крышкой с прокладкой из бензомаслостойкой резины или картона; металлические и деревянные бочки, барабаны, фляги, банки и фанерные барабаны — пробками и крышками.

Пленка винипластовая поставляется в ящиках, контейнерах и тугих видах упаковки, а перфорированная и перфорированно-гоф-пированная —в рулонах, упакованных в деревянные ящики или контейнеры; пленка поливинилхлоридная — в рулонах на бобинах стержнях или в пакетах, обернутых в упаковочную бумагу или пленку и упакованных в ящики, контейнеры или в шпредиро-ванные мешки; пленка полиэтиленовая — в рулонах на бобинах, обернутых в упаковочную бумагу, и упакованная в ящики или контейнеры в подвешенном состоянии.

Мешки проклеивают, металлические банки упаковывают в ящики— обрешетки (масса брутто не должна превышать 50 кг). Стеклянные бутылки упаковывают в деревянные обрешетки или корзины, края которых должны быть выше пробки не менее чем на 20 мм. Корзины и обрешетки выкладывают мягким упаковочным материалом.

Заполнение тары (бочек, фляг, бидонов) жидким продуктом разрешается не более чем на 90%объема, в бутылях м,ежду уровнем жидкости и пробкой должен быть просвет не менее 5 см.

Маркируют синтетические смолы и пластмассы в соответствии с ГОСТами и техническими условиями на каждый вид продукции, как правило, путем нанесения (наклеивания) соответствующих знаков на тару. Партия сопровождается документом, удостоверяющим соответствие ГОСТу или техническим условиям. При необходимости маркировка кроме общих положений должна содержать специальные предостерегающие надписи: «Верх», «Осторожно — стекло», «Не бросать», «Не ставить вертикально», «Огнеопасно». В каждый ящик, мешок, бочку, рулон при упаковке листовых и пленочных материалов вкладывается упаковочный лист с указа-•нием наименования, марки, номера партии, толщины (листов, плит, пленки и др.), количества, массы нетто и даты изготовления.

Транспортирование синтетических смол и пластических масс производится в крытых вагонах, автомашинах и в закрытых трюмах судов. При перевозке необходимо защищать их от атмосферных осадков и солнечных лучей. При длительном транспортировании необходимо соблюдать температурный режим.

Так, при транспортировании винипластов при температуре менее 0 °С их нельзя бросать или подвергать ударам.

Хранят полимерные материалы и пластические массы в помещениях, разделенных несгораемыми перегородками на отдельные секции вместимостью до 200 м3 для легковоспламеняющихся и не более 1000 м3 для горючих материалов. Общая вместимость помещения для хранения продуктов в таре не должна превышать 1200 м3 для легковоспламеняющихся веществ и 6000 м3 для горючих.

Допускается совместное хранение легковоспламеняющихся и горючих продуктов в таре в количестве до 200 м3 в одной секции при общей емкости склада не более 1200 м3.

Помещения для хранения синтетических смол и пластических масс должны быть сухими, с хорошей вентиляцией, с температурой около 25°С и относительной влажностью воздуха 60—80%. Конкретные режимы и предельные сроки хранения рекомендуются отдельно для различных видов смол и пластмасс: «Руководством по транспортированию, приемке и хранению химических материалов на базах и складах системы Госснаба СССР». В связи с особенностями синтетических смол и пластмасс, которые в большинстве являются легкогорючими, а иногда выделяют при хранении летучие растворители и обладают токсическими свойствами, а некоторые из них при горении выделяют опасные для организма вещества — угарный газ, акролейн, хлористый водород, синильную кислоту — установлены также требования к конструкциям стеллажей, расположению и ярусности штабелей, вентиляции и т. п.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум