ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ»

СВОЙСТВА

ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИЦ

Методические указания к лабораторной работе

Волгоград

2008

2

УДК 678.5:620.22

Р е ц е н з е н т

доц. кафедры «Технология материалов» канд. техн. наук

Э. В. Седов

Издается по решению редакционно-издательского совета

Волгоградского государственного технического университета

Свойства полимерных матриц: метод. указания к лаб. работе / сост.

Н. А. Адаменко, А. В. Фетисов, А. В Казуров; ВолгГТУ. – Волгоград,

2008. – 38 с.

Рассмотрены основные виды, свойства, строение, методы переработки

и области применения термопластичных и термореактивных полимерных материа-

лов.

Предназначены для студентов, обучающихся по специальности 150502 «Конст-

руирование и производство изделий из композиционных материалов» и направле-

нию подготовки магистратуры 150600 «Перспективные конструкционные материалы

и высокоэффективные технологии». Рассмотрены основные виды, свойства, строе-

ние, методы переработки и области применения термопластичных и термореактив-

ных полимерных материалов

Волгоградский государственный

технический университет, 2008

3

Лабораторная работа

Свойства полимерных матриц

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

1.1. Ознакомиться с основными видами полимерных материалов.

1.2. Изучить термопластичные и термореактивные полимерные матрицы.

1.3. Изучить свойства основных типов полимерных матриц, влияние на них

различных факторов.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

2.1. Ознакомление с методическими указаниями к лабораторной работе и по-

ставленной задачей.

2.2. Ознакомление с коллекциями полимерных материалов.

2.3. Изучение и анализ свойств исследуемых полимеров, способов переработки

и областей применения.

2.4. Оформление отчета к лабораторной работе.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

Развитие и совершенствование современной техники неразрывно связано

с прогрессом в области создания новых современных материалов. Причем осо-

бая роль принадлежит полимерным композиционным материалам (ПКМ), в

первую очередь вследствие их особых, часто уникальных свойств. Специфика

композиционных материалов, представляющих собой гетерофазные системы,

основана на непрерывности матрицы и характера взаимодействия ее с арми-

рующей фазой – наполнителем различной природы. Матрица воспринимает на

себя нагрузку и перераспределяет ее на наполнитель. Наряду с деформационно-

прочностными свойствами матриц необходимо учитывать тепло-, термо-, огне-,

светостойкость, химическую и радиационную стойкость, степень сохранения

свойств при нагреве, выдержке в различных средах [1].

Одним из направлений совершенствования ПКМ является разработка по-

лимерных матриц с высокими прочностными (до 250 МПа) свойствами, высо-

кой теплостойкостью (200-300 °С), низким водопоглощением (< 1%), с темпе-

ратурами переработки до 300-350 °С, вязкостью расплава 102–10

4 Па и т.д.

Полимерные матрицы изменяют свои свойства под воздействием темпе-

ратуры. По этому признаку различают две большие группы полимерных мат-

риц: термопластичные (термопласты) и термореактивные (реактопласты).

Термопластичные полимеры при нагреве размягчаются, или плавятся,

при охлаждении затвердевают; при этом способность к формованию сохраняет-

ся у них и при повторных переработках в изделия. Структура макромолекул та-

ких полимеров линейная и разветвленная.

Термореактивные полимеры на первой стадии образования имеют линей-

ную структуру и при нагреве размягчаются, затем вследствие протекания хи-

мических реакций затвердевают (образуется пространственная структура) и в

4

дальнейшем остаются твердыми.

3.1. Термопластичные полимеры.

До недавнего времени термопласты не имели значительного разнообра-

зия. Однако в 1970-е годы номенклатура термопластов значительно расшири-

лась и некоторые из линейных полимеров превзошли по теплостойкости тради-

ционно применявшиеся для армирования реактопласты (рисунок 1) [1].

Рисунок 1 – Сравнительные температурные и деформационно-прочностные об-

ласти работоспособности при растяжении конструкционных материалов на ос-

нове: 1 – эпоксидных смол; 2 – полифениленоксида; 3 – поликарбоната; 4 – со-

полимеров формальдегида; 5 – полиэтилентерефталата; 6 – полибутилентереф-

талата; 7 – полисульфона; 8 – фенопластов; 9 – полифениленсульфида; 10 – по-

лиамида; 11 – полиимида; 12 – полиалканимида; 13 – полиарилата; 14 – диал-

лилфталата; 15 – пентапласта; 16 – фторлона; 17 – полипропилена; 18 – амино-

пластов; 19 – полиэтилена высокой плотности; 20 – полиакрилата; 21 – нена-

сыщенных полиэфиров; 22 – полистирола; 23 – полиуретана; 24 – поливинил-

хлорида; 25 – эфиров целлюлозы; 26 – полиэтилена низкой плотности.

В настоящее время на долю термопластов среди общего объема произ-

водства пластмасс приходится 75 %, а на долю реактопластов 25 %. Такой

большой объем применения объясняется высокой технологичностью, низкой

стоимостью сырья и самих материалов, высокой ударопрочностью, гибкостью,

элласичностью и т.д. Термопласты выгодно отличаются от реактопластов тем,

что в них макромолекулы и структура полностью формируются при получении

5

полимера, а потом готовый материал перерабатывается в изделие. Области

применения основных групп полимеров в машино- и приборостроении показа-

ны в таблице 1 [3].

Таблица 1. – Наиболее распространенные области применения некоторых по-

лимеров для изделий машино- и приборостроения.

Изделия Условный шифр полимера*

Конструкционные детали электротехнического

назначения

1, 9, 13, 14, 18, 20, 21, 22, 24,

27, 33

Платы, переключатели, кнопки, планки, карка-

сы, основания, панели, защитные экраны и др. 1, 7, 8, 14, 16, 27, 32, 33

Детали приборов и автоматов точной механики 1, 2, 6, 8, 11, 12, 14, 16, 28, 32,

33

Детали радиоприемников и телевизоров 1, 2, 7-12, 14, 17, 24, 32

Уплотнения (манжеты, прокладки и др.) 1, 3, 28, 30, 31

Крупногабаритные детали сложной конфигура-

ции 7, 8, 14, 29, 31

Электроизоляционные детали корпуса прибо-

ров и др. 7, 9, 10, 11, 14, 24, 32

Линзы, оптические изделия, смотровые стекла 6, 7, 10, 11, 12, 30

Зубчатые и червячные колеса, шестерни 1, 4-10, 12, 13, 19, 22, 23, 25,

27, 28, 32, 33

Подшипники скольжения, вкладыши, втулки 1, 2, 7, 8, 19, 22, 23, 25, 27, 30,

32

Детали вентиляторов, насосов, гидромашин 1, 2, 6, 14, 16, 22, 26, 28, 29, 30

Детали, работающие в узлах трения 1, 14, 30

Тормозные колодки, накладки 19, 26, 28

Кожухи, корпуса, крышки, панели, решетки 2, 7, 8, 9, 10, 16, 29, 34

Пружины, рессоры, ремни, канаты 6, 14

Болты, винты, гайки, шайбы слабонагруженные 1, 2, 6, 30

*Примечания: 1 – полиамиды; 2 – полиэтилен высокой плотности; 3 – по-

лиэтилен низкой плотности; 4 – сверхвысокомолекулярный полиэтилен высо-

кой плотности; 5 – модифицированный полиэтилен высокой плотности; 6 – по-

липропилен; 7 – УПС; 8 – ПС; 9 – акрилобутадиенстирольные пластинки;

10 – сополимеры стирола с нитрилом акриловой кислоты; 11 – полиметакрила-

ты; 12 – ПК; 13 – полиформальдегид; 14 – полиакрилаты; 15 – этрол; 16 – фено-

пласты фрикционные; 17 – фенопласты высокочастотные; 18 – фенопласты;

19 – волокнит; 20 – аминопласты; 21 – эпоксидные материалы; 22 – ДСП;

23 – текстолит-крошка; 24 – текстолит электротехнический; 25 – текстолит кон-

струкционный; 26 – асботекстолит; 27 – фенилон; 28 – пентапласт; 29 – поли-

эфирные стеклопластики; 30 – фторопласты; 31 – винипласты; 32 – полиацета-

ли; 33 – полифениленоксид.

6

Освоение промышленных высокопроизводительных методов переработки

термопластов – экструзии, литья под давлением, вакуумного формования и

других, а также широкий выбор марочного ассортимента промышленных тер-

мопластов позволяют получать изделия, отвечающие любым эксплуатацион-

ным требованиям. Термопласты применяют для изготовления деталей обще-

технического назначения в машиностроении, в авиа- и приборостроении, аэро-

космической технике, радиотехнической, химической, текстильной и пищевой

промышленности, медицине, строительстве.

Как и любые другие материалы, термопласты также имеют и ряд недос-

татков – сравнительно невысокая прочность, хладотекучесть под нагрузкой, от-

носительно невысокая теплостойкость. Во многом указанные недостатки уст-

раняются при введении в термопласты наполнителей. Термопластичные свя-

зующие дают возможность получать композиты с более разнообразным сочета-

нием свойств и заданными параметрами.

В рамках данной лабораторной работы рассмотрим лишь наиболее широ-

ко применяемые и перспективные современные термопласты промышленного

назначения.

3.1.1. Пентапласт.

Торговое название: пентапласт (РФ), пентон (США). Пентапласт (ПТП) –

простой хлорированный гетероцепной полиэфир с содержанием связанного

хлора до 45,5 % и строением звена макромолекулы:

ПТП – слабополярный, аморфный, гибкоцепной полимер. Степень кри-

сталличности не превышает 30 %. Молекулярная масса промышленных марок

колеблется от 250 до 400 тысяч. Температура текучести 185 °С, стеклования от

0 до 5 °С, деструкции 285 °С. Основные показатели приведены ниже:

ρ, кг/м3............................1390-1410

Тхр, °С.............................120

σр, МПа...........................40-55

σс, МПа...........................85-95

σизг, МПа........................65-85

Ер, МПа..........................1120

Еизг, МПа........................900-1200

εр, %................................10-15

HB, МПа.........................80-110

ср, Дж/г·К........................1,93

λ, Вт/м·К.........................0,13

α, К-1

................................6·10-5

ТМ, °С..............................45

ТВ, °С..............................160-168

Кпр, %..............................90-92

ρν, Ом·см.........................3·1016

ПТП устойчив к действию бензина, керосина, нефти, спиртов, кетонов,

различных растворителей, воды, разбавленных и концентрированных солей,

кислот и щелочей до 100 °С. При температуре выше 80 °С растворяется в цик-

логексаноне, хлорбензоле, выше 100 °С – в диметилформамиде, а также в ки-

7

пящем диоксане. Подвергается деструкции под действием олеума и концентри-

рованной азотной кислоты. Недостатком ПТП является невысокая морозостой-

кость и повышенная вязкость расплава, затрудняющая его переработку.

Обладает высокими диэлектрическими, прочностными, деформационны-

ми, антифрикционными показателями, стойкостью к абразивному износу. Не

склонен к крипу (ползучести) и хорошо выдерживает динамические и длитель-

ные статические нагрузки. Не склонен к электрической поляризации и накоп-

лению статического электричества. Нетоксичен, горит, но при удалении из

пламени гаснет.

Используется как конструкционный материал инженерно-технического

назначения в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, аэро-

космической промышленности, химическом машиностроении и других отрас-

лях для изготовления труб, фланцев, зубчатых колес, антикоррозионных по-

крытий и деталей, работающих в тяжелых условиях воздействия агрессивных

сред, статических и динамических нагрузок, температуры а также абразивного

износа.

Выпускается в виде порошка или гранул. ПТП и композиции на его осно-

ве перерабатываются прессованием, литьем под давлением, напылением, экс-

трузией, а также свариваются в токе горячего воздуха или с использованием

прутка из ПТП.

3.1.2. Полиакрилаты

Наиболее важным представителем производных акриловой и метакрило-

вой кислот (акрилатов), имеющим большое практическое значение, является

сложный эфир метилового спирта и метакриловой кислоты – полиметилметак-

рилат (ПММА).

Торговое название суспензионного ПММА: ЛСОН, дакрил (РФ), люсайт

(США), диакон (Великобритания), плексигум (Германия), ведрил (Италия);

блочного ПММА: церлон, плексиглас (США, Германия), перспекс (Великобри-

тания), кларекс (Япония).

ПММА – гомоцепной сильно разветвленный сложный эфир метилового

спирта и метакриловой кислоты со строением звена макромолекулы:

Промышленный ПММА является атактическим, жестким, прозрачным,

аморфным материалом, находящимся при комнатной температуре в стеклооб-

разном состоянии (Тс – 105 °С) Молекулярная масса промышленных марок

суспензионного ПММА от 20 до 30 тысяч, массового – до 600 тыс. При нагре-

вании выше 120 °С ПММА размягчается и легко деформируется.

ПММА устойчив к действию бензина, керосина, нефти, различных рас-

творителей, воды, растворов солей, кислот и щелочей. Физиологически безвре-

8

ден и стоек к биологическим средам. Растворяется в кетонах, сложных эфирах,

хлорированных и ароматических углеводородах. Хорошо совмещается с пла-

стификаторами. При увеличении молекулярной массы до 100 тыс. (органиче-

ское стекло) растворимость ПММА уменьшается. Термическая деструкция на-

чинается с 200 °С и протекает с высокой скоростью при 280-300 °С, сопровож-

даясь выделением исходного мономера – метилметакрилата.

ПММА обладает высокими физико-механическими и диэлектрическими

показателями, однако полярность и невысокая теплостойкость ограничивают

его применение в электротехнике. ПММА горюч. Горит после удаления из

пламени.

ПММА используются как конструкционный материал общетехнического

и инженерно-технического назначения в автомобилестроении, авиационной

промышленности, медицине и других отраслях для остекления (авиационное

стекло), изготовления светотехнических и тому подобных изделий.

Недостатком блочного ПММА является склонность к поверхностному

растрескиванию – «серебрению» – под действием растворителей или статиче-

ских напряжений. Серебрение проявляется в помутнении.

Суспензионный ПММА перерабатывается литьем под давлением и экс-

трузией. При литье под давлением ПММА нельзя смешивать с другими поли-

мерами, так как присутствие даже следов примесей приводит к получению

хрупких и слоистых изделий с неудовлетворительным внешним видом. Прессо-

вание ПММА применяется значительно реже, чем литье под давлением и экс-

трузия, и используется в основном при производстве крупногабаритных изде-

лий, а также изделий с металлическими вкладышами.

Показатели основных свойств суспензионного ПММА приведены ниже:

ρ, кг/м3..........................1180-1190

σр, МПа.........................60-80

σс, МПа.........................100-120

σизг, МПа.......................80-120

Ер, МПа.........................2700-2900

εр, %...............................2-3

HB, МПа.......................170-240

W24, %............................0,2-0,27

ср, Дж/г·К........................1,42-1,507

λ, Вт/м·К.........................0,139-0,186

α, К-1

................................0,8·10-4

ТМ, °С..............................60-80

ТВ, °С..............................105-115

Кпр, %..............................90-92

ρν, Ом·см.........................1012

-1013

3.1.3. Полиамиды.

Полиамиды представляют собой гетероцепные полимеры, содержащие в

основной цепи макромолекулы повторяющиеся амидные группы

– HNCO –. В настоящее время синтезировано большое число полиамидов, од-

нако наибольшее практическое значение имеют поли--капроамид, полиунде-

канамид, полидодеканамид, полигексаметиленадипинамид, полигексаметилен-

себацинамид, а также некоторые другие сополимеры.

При названии полиамидов используют следующие цифровые обозначе-

ния, которые отражают их химическое строение. В случае алифатических поли-

9

амидов после слова «полиамид» ставят одну или две цифры. Если полиамид

синтезирован из одного мономера – аминокислоты или ее лактама, то ставится

одна цифра, соответствующая числу углеродных атомов в мономере. Если по-

лиамид получен поликонденсацией диамина с дикарбоновой кислотой, то после

названия полимера ставится двух- или трехзначное число, в котором цифра

(или цифры) указывают число углеродных атомов в диамине и число атомов

углерода в дикарбоновой кислоте. Например, полиамидом 6 (ПА-6) называют

поли--капроамид, а полиамидом 66 (ПА-66) – полигексаметиленадипинамид.

Наличие в макромолекуле полярных групп приводит к образованию

межмолекулярных водородных связей, увеличивающих жесткость цепи и

уменьшающих скорость кристаллизации, поэтому ароматические полиамиды

(фенилон) находятся в аморфном, а алифатические – в аморфно-

кристаллическом состоянии. Интенсивность межмолекулярного взаимодейст-

вия за счет образования водородных связей для алифатических полиамидов оп-

ределяется длиной углеводородной цепи между амидными группами, которая в

ряду ПА-12, ПА-11, ПА-610, ПА-6 и ПА-66 уменьшается. Это приводит к соот-

ветствующему повышению температур плавления и стеклования: 180, 187, 220

и 264 °С и 39, 45, 48, 50 и 61 °С.

Физико-механические свойства изделий из алифатических полиамидов

непосредственно зависят от их аморфно-кристаллической структуры. Поли-

амиды возможно перерабатывать литьем под давлением, экструзией и прессо-

ванием. Все полиамиды горят после удаления из пламени. Показатели основ-

ных свойств промышленных полиамидов приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Показатели основных свойств различных полиамидов.

Свойство ПА-6 ПА-11 ПА-12 ПА-610 ПА-66

ρ, кг/м3 1130 1100 1120 1100 –

Ер, МПа 750 200 1600 2110 3000

εр, % 200 200 300 150 100

σр, МПа 60-70 80 50 60 80

σизг, МПа 90 120 65 90 100

ср, Дж/г·К 2,1 – – 1,68 2,1

λ, Вт/м·К 0,22 0,18 0,24 0,21 0,25

α, К-1

1,4·10-4

1,1·10-4

1,25·10-4

1,5·10-4

1,0·10-4

ρν, Ом·см 8·1014

1014

6·1013

4,5·1014

4·1013

ТМ, °С 45 55 45 60 60

ТВ, °С 180 175 140 205 230

W∞, % 10,5 1,6 2,0 3,5 10,0

3.1.3.1. Полиамид 6 (поли--капроамид).

ПА-6 представляет собой гетероцепной линейный, полярный алифатиче-

ский полимер со следующим строением звена: HN(CH)5CO .

10

ПА-6 литьевой.

Торговое название: капрон, полиамид 6 (РФ); найлон 6, пласкон, найле-

нина (США); перлон L, игамид D (Германия); амилан (Япония).

ПА-6 является белым, рогоподобным, в тонких слоях слегка прозрачным

материалом, находящимся в аморфно-кристаллическом состоянии. Температу-

ра начала пластичности 160 °С, Тпл 225 °С, Тразм 210 °С, Тхр от -25 до -30 °С.

Молекулярная масса промышленных марок от 10 до 35 тысяч.

ПА-6 устойчив к действию бензина, керосина нефти, кетонов, различных

растворителей, воды. При комнатной температуре растворяется в соляной, кон-

центрированной серной и муравьиной кислотах, концентрированном растворе

хлорида кальция, этиленгликоле, бензиловом спирте и крезоле. Для предотвра-

щения термоокислительной деструкции в литьевые марки ПА-6 вводят стаби-

лизаторы – соли марганца, β-нафтол и др.

ПА-6 обладает высокими физико-механическими и диэлектрическими

показателями, а также хорошей износостойкостью. Нетоксичен и физиологиче-

ски инертен, вследствие чего в организме человека не рассасывается и может

применяться для протезирования.

Недостатком ПА-6 является высокое водопоглощение (до 10,5 %), ухуд-

шающее диэлектрические и физико-механические свойства.

ПА-6 используется как конструкционный материал общетехнического на-

значения в авиационной промышленности, медицине, электро- и радиотехнике

(изоляция), машиностроении и других отраслях. Пленочный ПА-6 используют

как упаковочный материм и заменитель стекол в парниках.

ПА-6 блочный.

Торговое название: капролит, капролон (РФ), найлон 6, зайтел (США).

ПА-6 является рогоподобным материалом от белого до кремового цвета с

молекулярной массой – до 100 тысяч.

В промышленности блочный ПА-6 получают полимеризацией капролак-

тама в присутствии натриевой соли капролактама как катализатора, в также

ацетилкапропактама или изоцианотов в качестве сокатализаторов.

Показатели физико-механических свойств блочного ПА-6 в 1,5 раза пре-

восходят показатели свойств ПА-6, синтезируемого гидролитической полиме-

ризацией.

Блочный ПА-6 применяется для изготовления путем механической обра-

ботки блоков крупногабаритных толстостенных и мелкосерийных нестандарт-

ных изделий конструкционного и антифрикционного назначения. Капролон

марки «А» применяется для изготовления ответственных деталей в самолето-

строении, марки «Б» – конструкционных деталей машиностроения.

Блочный ПА-6 устойчив к воздействию углеводородов, спиртов, кетонов,

эфиров, щелочей и слабых кислот. Растворяется в фенолах, концентрированных

минеральных и муравьиной кислотах. Перерабатывается точением, фрезерова-

нием, сверлением.

11

3.1.3.2. Полиамид 66 (полигексаметиленадипинамид).

Торговое название: полиамид 66, анид (РФ); найлон 66, зайтел (США);

маранил, сутрон, брулон (Великобритания); перлон Т, игамид А, этернамид

(Германия).

ПА-66 представляет собой гетероцепной, линейный, полярный, алифати-

ческий полимер со следующим строением звена: HN(CH2)6NHCO(CH2)4CO .

В промышленности ПА-66 получают поликонденсацией на границе раз-

дела двух фаз или в расплаве гексаметилендиамина и адипиновой кислоты (со-

ли АГ). ПА-66 является белым, рогоподобным, в тонких слоях слегка прозрач-

ным материалом, находящимся из-за высокого межмолекулярного взаимодей-

ствия в аморфно-кристаллическом состоянии. Молекулярная масса промыш-

ленных марок колеблется от 15 до 25 тысяч.

По отношению к неорганическим и органическим соединениям ведет се-

бя аналогично ПА-6. Растворяется в муравьиной, концентрированной серной и

кипящей соляной кислотах, а также в фенолах. ПА-66 является гидрофильным

полимером, содержащим в состоянии насыщения до 10 % воды.

При температуре выше 350 °С расплав ПА-66 разлагается с выделением

СО, СО2 и аммиака. ПА-66 имеет наиболее высокие прочность, жесткость, аб-

разивостойкость, а также теплостойкость по сравнению с другими алифатиче-

скими полиамидами. В сухой атмосфере является хорошим диэлектриком.

Он применяется как конструкционный материал в машиностроении, ав-

томобильной, химической и других отраслях промышленности, а также для

производства химических волокон.

Детали из ПА-66 можно сваривать токами высокой частоты или тепловой

сваркой, а также склеивать раствором ПА-66 в муравьиной кислоте.

3.1.3.3. Ароматические полиамиды.

В промышленности наибольшее распространение получил поли-μ-

фениленизофталамид. Торговое название: фенилон (РФ), номекс (США), ко-

некс (Япония).

Фенилон – линейный, жесткоцепной, ароматический полиамид со сле-

дующим строением основного звена:

Макромолекула имеет конформацию коленчатого вала.

В промышленности фенилон получают поликонденсацией дихлорангид-

рида изофталевой кислоты с μ-фенилендиамином. В результате получается бе-

лый, аморфный полимер с температурой стеклования 270 °С, кристаллизую-

щийся при 340-360 °С. Молекулярная масса промышленных марок колеблется

от 20 до 120 тысяч.

Фенилон устойчив к действию бензина, керосина, нефти, кетонов, раз-

личных растворителей, кипящей воды, концентрированной соляной кислоты,

98%-ной уксусной кислоты, разбавленных щелочей. При комнатной температу-

12

ре растворяется в концентрированной серной кислоте, диметилформамиде и

диметилацетамиде.

Фенилон является конструкционным материалом инженерно-

технического назначения, обладающим наиболее высокими физико-

механическими и теплофизическими свойствами по сравнению с другими про-

мышленными термопластами. Относится к классу негорючих материалов.

Порошкообразный фенилон выпускается трех марок, из которых для пе-

реработки в изделия широко используется фенилон С2.

Фенилон С2 сохраняет прочностные показатели в широком интервале

температур. Особенностью этого термопласта является сочетание большой же-

сткости и прочности с высокой ударной вязкостью и способностью к пластиче-

ским деформациям под действием предельных нагрузок вплоть до 120 °С. Од-

новременно фенилон С2 отличается низкой ползучестью и высокой усталост-

ной и долговременной прочностью. Применяется для замены металлов с целью

облегчения силовых деталей, повышения их износостойкости, упрощения по-

лучения. Фенилон С2 может быть использован при создании новой техники, в

случае если традиционные материалы не могут обеспечить выполнения предъ-

являемых требований.

Перерабатывается прессованием в уплотнительные детали герметизи-

рующих узлов в электропневматических устройствах, детали запорной аппара-

туры и т.п. Показатели основных свойств фенилона С2 приведены ниже:

ρ, кг/м3..........................1330

σр, МПа.........................140-160

Ер, МПа.........................4200

ТВ, °С.............................290

ρν, Ом·см.......................1014

-1015

3.1.4. Полиарилаты.

Торговое название: полиарилаты (РФ), лексан (США), РЕС (Германия).

Полиарилаты представляют собой сложные полиэфиры двухатомных фе-

нолов и дикарбоновых кислот. Наибольшее практическое значение в качестве

самостоятельного конструкционного материала имеют производные диоксиди-

фенилпропана (диана, бисфенола А) и терефталевой кислоты (ПАТ).

Полиарилат (ПАТ) – гетероцепной, линейный, сложный полиэфир со

строением звена макромолекулы:

ПАТ являются кристаллическими, слабополярными, прозрачными (коэф-

фициент пропускания 85 %) или светло-желтыми полимерами, обладающими

высокой теплостойкостью: температура размягчения 350 °С, деструкции 360°С.

Молекулярная масса промышленных марок полиарилатов колеблется от 28 до

30 тысяч.

Полиарилат устойчив к действию бензина, керосина, нефти, спиртов, ке-

13

тонов, разных растворителей, кипящей воды, разбавленных растворов мине-

ральных и органических кислот, ультрафиолетового изучения. ПАТ разрушает-

ся щелочами, концентрированной серной кислотой, аммиаком, при нагревании

– органическими кислотами. Горит после удаления из пламени.

ПАТ обладает высокими физико-механическими показатлями, тепло-

стойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами. Уступая ароматиче-

ским полиамидам по теплостойкости и физико-механическим свойствам, ПАТ

превосходят их по технологическим свойствам – способности перерабатывать-

ся литьем под давлением и экструзией, а также негигроскопичности, обуслов-

ливающей высокую стабильность физико-механических и диэлектрических по-

казателей в условиях повышенной влажности.

Полиарилаты используются как конструкционные материалы инженерно-

технического назначения, в электротехнической промышленности как высоко-

температурные диэлектрики, превосходящие по диэлектрическим свойствам

ПММА и ПК. Для полиарилатов характерна невысокая жесткость, и, следова-

тельно, отличная демпфирующая способность. Теплостойкость и физико-

механические свойства позволяют использовать полиарилаты для формования

изделий, испытывающих значительные механические нагрузки. Основные

свойства полиарилатов приведены ниже.

ρ, кг/м3..........................1200-1250

σр, МПа.........................65-70

σс, МПа.........................75-80

σизг, МПа.......................80-120

Ер, МПа.........................900-1800

εр, %...............................6,5-7,5

ср, Дж/г·К........................1,1-1,2

λ, Вт/м·К.........................0,2-0,23

ТВ, °С..............................200-210

ρν, Ом·см.........................1014

-1016

W24, %.............................0,16-0,19

3.1.5. Поливинилхлорид.

Поливинилхлорид (ПВХ) – линейный, гибкоцепной, слаборазветвленный

полимер со строением звена макромолекулы: H2C – CHCl .

ПВХ является слабополярным, аморфным (степень кристалличности не

превышает 10 %), капиллярно-пористым порошкообразным материалом белого

цвета, с размером частиц от 100 до 200 мкм, находящимся при комнатной тем-

пературе в стеклообразном состоянии (Тс – от 78 до 105 °С)

Молекулярная масса ПВХ в зависимости от способа синтеза находится в

пределах от 8 до 190 тысяч. Эмульсионный ПВХ имеет узкое молекулярно-

массовое распределение (в отличие от суспензионного и массового).

ПВХ устойчив к действию фенола, бензина, керосина, нефти, спиртов,

различных растворителей, воды, разбавленных и концентрированных солей,

кислот и щелочей, промышленных газов, содержащих хлор, оксиды азота, фто-

рид водорода. ПВХ физиологически безвреден и может использоваться в изде-

лиях медицинского назначения. Растворяется в хлорированных углеводородах

(дихлорэтан, тетрахлорид углерода и др.), кетонах. Деструкция ПВХ начинает-

ся выше 60 °С при действии серной, азотной, уксусной кислот. При нагревании

14

выше 150 °С при переходе в вязкотекучее состоянии ПВХ подвергается термо-

окислительной деструкции с выделением хлорида водорода и образованием со-

пряженных двойных связей, что приводит к потемнению полимера.

Для повышения тепло- и светостойкости ПВХ в него вводят добавки.

Технологические свойства и применение ПВХ зависят от молекулярной

массы. При переходе от марочного сортамента массового ПВХ к суспензион-

ному и эмульсионному растворимость полимера уменьшается, а молекулярная

масса возрастает. На основе ПВХ выпускают винипласты, пластикаты и поли-

мерные пасты (пластизоли).

Винипласт.

Торговое название: жесткий поливинилхлорид, винипласт (РФ); бреон,

корвик (Великобритания); хосталит, винидур , децелит (Германия); винибан

(Япония).

Винипласт представляет собой негорючий, жесткий, термопласт на осно-

ве суспензионного ПВХ. В состав винипласта кроме поливинилхлорида входят

до 10 % стабилизаторов. Рецептура винипласта включает антиоксиданты, ос-

лабляющие вредное действие эксплуатационных факторов. Кроме того, вини-

пласт содержит от 0,5 до 10 % лубрикантов, обладающих смазывающим дейст-

вием. Показатели основных свойств винипласта приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Показатели основных свойств ПВХ.

Свойство Винипласт Пластикат

ρ, кг/м3 1060-1400 1200-1500

Ер, МПа 3000-4000 –

εр, % 10-25 130-350

σр, МПа 40-60 8-24

σс, МПа 80-160 –

HB, МПа 130-160 0,7-1,96

ср, Дж/г·К 1,13-2,14 –

λ, Вт/м·К 0,15-0,16 –

α, К-1

(6,5-8,0)·10-5

–

ρν, Ом·см 1014

-1015

1010

-2·1014

Тхр, °С – -60-25

ТМ, °С 65-70 –

ТВ, °С 75-90 –

W24, % 0,4-0,6 1,6

Недостатками винипласта являются низкие теплостойкость (65-70 °С) и

морозостойкость (-10 °С), а также склонность к короблению при переменных

температурах эксплуатации.

15

Пластикат.

Торговое название: пластикат (РФ), кохинор, джеон (США), люколен

(Германия), винихлон (Япония).

Пластикат представляет собой мягкий материал на основе пластифициро-

ванных суспензионного или массового ПВХ с молекулярной массой от 90 до

115 тысяч. В качестве пластификаторов ПВХ используют трикрезилфосфат,

диоктилсебацинат, диоктилфталат и др. В состав пластиката входят термоста-

билизаторы (от 3 до 15 масс. ч.), антиоксиданты (от 0,02 до 0,5 % от массы пла-

стификатора), наполнители (до 30 масс. ч.), лубриканты (от 1 до 3 масс. ч.), ор-

ганические или минеральные пигменты (от 0,1 до 3 масс. ч.).

Пластикат применяют в качестве изоляции электрических проводов и ка-

белей, для изготовления профильных и погонажных изделий, тары, трубок, ис-

кусственной кожи, товаров домашнего обихода, обуви, одежды и др.

Гранулированный пластикат перерабатывают экструзией, каландровани-

ем, прессованием или литьем под давлением. Основные свойства пластикатов

приведены в таблице 3.

Пластизоли (пасты полимерные).

Торговое название: диплазоль, пластизоль (РФ); велвик, декорт (Велико-

британия); корогель (США); дибенол (Германия); випласт (Италия).

Пластизоль представляет собой пластично-вязкий материал на основе

ПВХ с молекулярной массой от 150 до 180 тысяч. В состав пластизоля входят

первичные и вторичные пластификаторы, от 2 до 20 % наполнителей – аэроси-

ла, мела и других, а также пигменты, антипирены, антистатики и другие добав-

ки.

При комнатной температуре пластизоль является дисперсией ПВХ, т.к.

частицы ПВХ в этих условиях не набухают, что делает пластизоли стабильны-

ми в течение продолжительного времени. При нагревании до 35-40 °С происхо-

дит желатинизация с превращением пластизоля в высоковязкую массу, которая

при охлаждении превращается в твердый эластичный износостойкий материал.

Полимерные пасты используются для изготовления линолеума, искусст-

венной кожи, клеенки, пено- и поропластов и т.п. Полимерные пасты низкой и

средней вязкости перерабатывают методом макания с погружением модели

ванну с пластизолем. Методом макания получают перчатки, пипетки, проклад-

ки, антикоррозионные покрытия на металлах.

Полые изделия – манекены, поплавки и т.п. – изготавливают ротацион-

ным формованием, загружая дозированую порцию пластизоля во вращающую-

ся металлическую фору, нагретую до температуры терможелатинизирования

(гелеобразования). Изоляцию на провода и кабели наносят методом экструзии.

3.1.6. Полиимиды.

Торговое название: полиимид, ПМ (РФ); каптон, NR-150 (США); унилекс

(Япония). Полиимиды – линейные, гетероцепные полимеры, содержащие в ос-

16

новной цепи макромолекулы циклические имидные группы:

В промышленности полиимиды получают двухстадийной поликонденса-

цией. Полиимид является аморфным, прозрачным, окрашенным в желто-

коричневые тона аморфным полимером с плотностью от 1350 до 1480 кг/м3 и

температурой стеклования от 300 до 400 °С.

Молекулярная масса промышленных марок полиимидов колеблется от 50

до 150 тысяч. Для полиимидов характерны высокая по сравнению с другими

полимерами теплопроводность 0,35-0,37 Вт/м·К и низкий коэффициент трения

по стали – от 0,05 до 0,17. Деструкция расплава начинается при 410-415 °С.

Полиимид устойчив к действию бензина, керосина, нефти, спиртов, кето-

нов, различных растворителей, кипящей воды, разбавленных кислот. Растворя-

ется в концентрированных окисляющих кислотах (серная и азотная). Отличает-

ся высокой озоностойкостью. Морозостойкость от -180 до 200 °С.

Пленочные материалы на основе полиимидов обладают высоким моду-

лем упругости (от 300 до 10000 МПа), стабильностью размеров и низкой ползу-

честью при повышенных температурах.

Полиимиды используются как термостойкий материал (ТМ – от 180 до

200 °С), предназначенный для формования изделий, эксплуатирующихся при

температуре 250-300 °С, – эмалей обмоточных проводов, связующих компози-

ционных материалов, клеев, заливочных компаундов, пленок. Свойства поли-

имидов приведены ниже:

Траб, °С...........................–60-250

σр, МПа..........................45-120

Ер, МПа..........................3200-5500

Еизг, МПа........................3200-5000

εр, %................................10-100

HB, МПа.........................95

α, К-1

................................6,3·10-5

ТВ, °С..............................200-265

ТМ, °С..............................250-370

ρν, Ом·см.........................5·1013

-1017

W24, %.............................0,01

3.1.7. Поликарбонаты.

Поликарбонаты представляют собой сложные полиэфиры угольной ки-

слоты. Наибольшее применение в промышленности получили производные ди-

фенилпропана (диана, бисфенола А).

Торговое название поликарбонатов на основе дифенилолпропана (бисфе-

нола А): ПК, ДАК, дифлон (РФ); лексан, мерлон (США); макролон (Германия);

юпилон, тоуфлон, пенлайт (Япония).

Поликарбонаты (ПК) – линейные сложные полиэфиры угольной кислоты

и бисфенола А со строением звена макромолекулы:

В промышленности ПК получают по механизму межфазной поликонден-

17

сации раствора фосгена в метиленхлориде со щелочным раствором бисфенола

А в присутствии катализатора.

ПК является аморфным (степень кристалличности не превышает 40 %),

оптически прозрачным (Кпр до 90 %) полимером с высоким уровнем межмоле-

кулярного взаимодействия, что обуславливает высокие температуры стеклова-

ния (от 141 до 149°С) и текучести (от 220 до 275 °С). Молекулярная масса про-

мышленных марок колеблется от 32 до 35 тыс. Кристаллизация ПК при перера-

ботке и эксплуатации происходит очень медленно и материал остается аморф-

ным и прозрачным в течение всего срока эксплуатации изделий.

ПК устойчив к действию водных растворов солей, кислот и разбавленных

щелочей, но набухает и растворяется в большинстве органических растворите-

лей – ароматических и хлорсодержащих углеводородах, диоксане, μ-крезоле,

тетрагидрофуране. ПК не растворяется и не набухает в алифатических и цик-

лоалифатических углеводородах, одно- и многоатомных спиртах, за исключе-

нием метанола, растительных и животных жирах, минеральных маслах. ПК не-

токсичен и может использоваться для формования изделий медицинского на-

значения. Заметное разложение ПК начинается выше 320 °С. ПК горит после

удаления из пламени.

ПК является конструкционным материалом инженерно-технического на-

значения и применяется для формования изделий, отличающихся высокой

ударной вязкостью, стабильностью свойств в широком температурном интер-

вале (от -100 до 200 °С) в сочетании с прозрачностью изделий. ПК перерабаты-

вается литьем под давлением, экструзией, прессованием, пневмовакуумформо-

ванием.

В электротехнической промышленности из ПК формуют защитные экра-

ны для кинескопов телевизоров, штепсельные вилки, плиты печатных плат, в

автомобильной – прозрачные крышки и колпаки сигнальных ламп, линзы для

сигнальных огней, в медицинской – фильтры для крови, зубные протезы и т.п.

Из ПК литьем под давлением изготавливают товары культурно-бытового на-

значения – кухонную утварь, детали холодильников, молочных сепараторов

Экструзией из ПК формуют листы, профильные изделия трубы и шланги.

Экструзия с раздувом используется для получения пустотелых изделий (буты-

ли), применяемых для хранения фармацевтических и косметических препара-

тов, а также пищевых продуктов. Прессованием ПК получают прозрачные па-

нели с гладкой поверхностью.

Хладотекучесть ПК позволяет перерабатывать его методами холодного

формования (штамповка, прокат, клепка, вытяжка) с использованием оборудо-

вания для металлообработки. ПК поддается всем видам механической обработ-

ки (точение, фрезерование, сверление и т.п.). Изделия из ПК свариваются горя-

чим воздухом с помощью сварочного прутка или склеиваются дихлорэтаном,

бензолом и другими растворителями. На поверхность ПК хорошо наносятся ла-

ки и полиграфические краски.

Свойства ПК приведены ниже:

18

ρ, кг/м3...........................1200

σр, МПа.........................50-78

σизг, МПа.......................77-120

σс, МПа.........................77-95

εр, %...............................50-110

HB, МПа.......................100-160

α, К-1

................................(5-6)·10-5

ТВ, °С..............................144-165

ρν, Ом·см.........................(1,5-10)·1016

W24, %.............................0,1-0,2

ср, Дж/г·К........................1,17

λ, Вт/м·К.........................0,196-0,28

3.1.8. Полипропилен.

Торговое название: полипропилен, липол, каплен, топлен, бален (РФ);

профакс, поли-про, олеформ (США); пропатен (Великобритания); гостален

(Германия); данлай, донбанд (Япония).

Полипропилен (ПП) – линейный полимер, макромолекула которого со-

стоит из мономерных звеньев с асимметричными атомами углерода, имеющими

одно и то же пространственное расположение:

ПП является линейным, слаборазветвленным, неполярным, гибкоцепным

полимером, в котором боковые метильные группы расположены спиралеобраз-

но вокруг основной цепи, образуя изотактический ПП. Степень кристаллично-

сти изотактического ПП не превышает 73-75 %. Молекулярная масса ПП нахо-

дится в пределах от 75 до 200 тыс. В промышленных марках ПП всегда присут-

ствует небольшое количество аморфной фазы – атактического ПП плотностью

от 810 до 850 кг/м3, хорошо растворяющегося в н-гептане, что и используется в

промышленности для его удаления.

ПП устойчив к действию бензина, керосина, нефти, спиртов, кетонов,

различных растворителей, кипящей воды, что допускает многократную стери-

лизацию медицинских изделий на его основе, разбавленных и концентрирован-

ных солей, кислот и щелочей. При повышенных температурах ПП растворяется

в ароматических, гидроароматических и хлорированных углеводородах. При

температуре выше 150 °С ПП подвергается термоокислительной деструкции,

что сопровождается уменьшением молекулярной массы полимера и ухудшени-

ем его физико-механических свойств. Для повышения термостабильности в ПП

вводят термостабилизаторы, предотвращающие разложение полимера при пе-

реработке. Для улучшения светостойкости в ПП вводят светостабилизаторы, а

также наполнители и пигменты – диоксид титана, техуглерод (сажа) и др.

ПП обладает достаточно высокими и стабильными в условиях эксплуата-

ции физико-механическими и диэлектрическими показателями, износостойко-

стью, хорошей химической стойкостью. Некоторые марки ПП используются в

медицине и для изготовления изделий, имеющих контакт с пищевыми продук-

тами. ПП плохо проводит тепло – теплоемкость и теплопроводность полимера

составпяют соответственно 0,36 Дж/г·К и 0,15 Вт/м·К. Недостатками ПП явля-

ются его низкая морозостойкость (–5 °С), невысокая стойкость к термоокисли-

тельной деструкции и склонность к электростатической поляризации с накоп-

19

лением статического электричества, а также горючесть. ПП горит после удале-

ния из пламени.

ПП является конструкционным материалом общетехнического назначе-

ния и используется в автомобилестроении, машиностроении и других отраслях

для формования неответственных деталей машин, контейнеров, упаковочных

материалов.

Показатели основных свойств изотактического ПП приведены ниже:

ρ, кг/м3...........................920-930

σр, МПа.......................20-40

σс, МПа.......................11

εр, %................................200-800

HB, МПа...................40-70

α, К-1

................................(1,1-2,1)·10-4

ТВ, °С..............................95-140

ТМ, °С..............................85-100

ср, Дж/г·К........................1,9-2,1

λ, Вт/м·К.........................0,19-0,21

3.1.9. Полистирол.

Торговое название: полистирол (РФ); сирен, дилен, люстрекс, полистрон,

стирекс (США); каринекс, дистрен, стиросел, стирон (Великобритания); сти-

рофлекс, стирофол, вестирон (Германия).

Полистирол (ПС) – гибкоцепной, линейный, сильноразветвленный поли-

мер нерегулярной структуры со строением звена макромолекулы:

ПС является неполярным, аморфным, хрупким в отличие от ПП материа-

лом, находящимся при комнатной температуре в стеклообразном (Тс от 80 до

100 °С) состоянии.ПС обладает высокой светопропускающей способностью

(Кпр = 90 %). Молекулярная масса промышленных марок ПС колеблется от 500

до 2000 тысяч.

ПС устойчив к действию масел, спиртов, воды, разбавленных и концен-

трированных солей, галогенводородных кислот и щелочей. Хорошо растворим

в стироле, ароматических и хлорированных углеводородах, сложных эфирах,

кетонах. Керосин и высшие спирты приводят к растрескиванию изделий из ПС.

Термическая деструкция ПС начинается при 260 °С, термоокислительная – при

200 °С. Под действием УФ-лучей и влаги воздуха в атмосферных условиях

происходит фотолиз полимера, сопровождающийся помутнением и пожелтени-

ем ПС, увеличением его хрупкости и растрескиванием изделий. Наибольшая

рабочая температура применения изделий из ПС не превышает 70 °С. Для по-

вышения тепло- и светостойкости в базовые марки ПС вводят стабилизирую-

щие добавки.

ПС является конструкционным материалом общетехнического назначе-

ния, обладает достаточно высокими физико-механическими свойствами. Он от-

личный диэлектрик со стабильными диэлектрическими свойствами в широком

температурно-влажностном (от –80 до 110 °С) и частотном диапазоне (от 100

до 109 Гц), вследствие чего используется в электротехнике, например для фор-

20

мования ориентированных конденсаторных пленок. Кроме того, ПС широко

применяется для изготовления изделий культурно-бытового, медицинского, тех-

нического назначения, получения пенопластов и ударопрочных сополимеров.

Недостатками ПС являются высокая хрупкость, низкая ударная вязкость,

невысокие тепло-, свето- и химическая стойкость, а также склонность к элек-

тростатической поляризации и накоплению электрического заряда. ПС горюч,

горит после удаления из пламени. Температура самовоспламенения составляет

444 °С. Свойства ПС приведены в таблице 4. ПС перерабатывается литьем под

давлением, экструзией, каландрованием, пневмовакуумформованием и другими

методами. Изделия из ПС легко свариваются и склеиваются.

Таблица 4 – Показатели основных свойств ПС.

Свойство Суспензионный Ударопрочный САН, САМ АБС-пластики

ρ, кг/м3 1050 – 1040-1080 1030-1080

Еизг, МПа 3200 – – –

εр, % 1,2-2,0 20-30 – 13-30

σр, МПа 35-50 24,5 60 25-50

σизг, МПа 80-100 – 98 –

HB, МПа 140-200 – – –

ср, Дж/г·К 1,26 – – –

λ, Вт/м·К 0,093 – – –

α, К-1

6·10-5

– – –

ρν, Ом·см 1012

-1015

– 1016

-1017

–

ТМ, °С 70-80 – – –

ТВ, °С – – 93-100 80-106

Ударопрочный полистирол.

Торговое название: симак, дилен, стирекс, амоко, стико, стокофлекс

(США); каринекс, дистрен, стиросел (Великобритания); стиморал (Германия).

Ударопрочный полистирол (УПС) является продуктом привитой сополи-

меризации стирола с бутадиеновым и бутадиенстирольным каучуком с молеку-

лярной массой от 70 до 100 тысяч.

По внешнему виду УПС представляет собой непрозрачный материал бе-

лого цвета. Он имеет двухфазную структуру, характерную для композицион-

ных материалов: матричная фаза ПС включает частицы микрогеля полистирола

овальной формы, окруженные тонкой пленкой привитого сополимера размером

1-5 мкм. УПС сохраняет данную структуру и в расплаве. При переработке в ре-

зультате сдвигового течения частицы микрогеля ориентируются в направлении

потока и фиксируются при стекловании, обусловливая анизотропию механиче-

ских свойств изделия. Частицы микрогеля снижают концентрацию напряжений,

возникающих на конце магистральной трещины, растущей под действием

ударной нагрузки, и тем самым резко повышают ударную вязкость ПС.

21

Сополимеры стирола с акрилонитрилом (САН) и α-метилстиролом (САМ).

Сополимеры стирола получают методом суспензионной сополимериза-

ции стирола с нитрилом акриловой кислоты или α-метилстиролом. Продукт со-

полимеризации представляет собой твердый прозрачный материал с высокими

теплостойкостью, прочностью и стойкостью к растворителям.

Сополимеры стирола САН и САМ предназначены для формования дета-

лей автомобильной промышленности, изделий культурно-бытового назначения,

деталей полиграфической промышленности и общетехнического назначения

(САН), деталей с улучшенными диэлектрическими свойствами для электротех-

нической промышленности, оптических изделий черного цвета.

АБС-пластики.

АБС-пластики представляют собой сополимеры стирола с бутадиеном и

акрилонитрилом. Торговое название: силак, люстран, турбин (США); люстран

(Великобритания); тиаш, резин (Япония).

АБС-пластики получают привитой сополимеризацией стирола с нитри-

лом акриловой кислоты и бутадиеновым или бутадиенстирольным каучуком в

присутствии пероксидных инициаторов.

АБС-пластики похожи на ударопрочный ПС. Матричной фазой в этих

конструкционных материалах является сополимер стирола с акрилонитрилом.

АБС-пластики содержат от 5 до 25 % каучука и от 15 до 30 % полиакрилонит-

рила. Размер частиц дисперсной фазы не превышает 1 мкм. Химическая стой-

кость АБС-пластиков выше, чем ПС. АБС-пластики устойчивы в бензине, из-

менение физико-механических свойств в 3%-ных растворах уксусной кислоты

и едкого натра при 80 °С не превышает 5 %. АБС-пластики перерабатываются

литьем под давлением и экструзией и относятся к конструкционным материа-

лам общетехнического и инженерно-технического назначения. Они обладают

более высокими показателями прочностных свойств по сравнению с ударо-

прочным ПС.

3.1.10. Полисульфоны.

Торговое название: полисульфон, удел (РФ); астрел-360 (США).

Полисульфоны (ПСФ) – гетероцепные полимеры, содержащие в основной

цепи SO2-группу. Практическое применение в качестве самостоятельного кон-

струкционного материала нашли ароматические Полисульфоны – полимеры

простого эфира бисфенола А и дифенилсульфона со строением звена макромо-

лекулы:

ПСФ является линейным, слаборазветвленным, жесткоцепным, слабопо-

лярным, аморфным полимером. Температура стеклования аморфных областей

22

от 190 до 195 °С. Молекулярная масса промышленных марок колеблется от 30

до 60 тысяч, температура деструкции 420 °С.

ПСФ устойчив к действию бензина, керосина, нефти, спиртов, воды, раз-

бавленных и концентрированных солей и щелочей (до 190 °С), УФ-излучения.

Набухает в кетонах, ароматических углеводородах, растворяется в галогенсо-

держащих соединениях и концентрированной серной кислоте. Нетоксичен и

может использоваться в медицине. Он обладает высокими физико-

механическими, антифрикционными, электроизоляционными показателями, те-

плостойкостью и ударной вязкостью. Применяется, как конструкционный ма-

териал инженерно-технического назначения.

ПСФ перерабатывается экструзией и литьем под давлением в конструк-

ционные и электроизоляционные детали и изделия, работающие при темпера-

турах до 150 °С, изделия медицинского назначения, допускающие многократ-

ную стерилизацию. Используется в качестве связующего высокомодульных ар-

мированных пластиков. Основные свойства ПСФ приведены ниже:

ρ, кг/м3...........................1240-1300

σр, МПа..........................20-39

σс, МПа..........................100-110

σизг, МПа........................110-120

εр, %................................15-100

HB, МПа........................40-70

Ер, МПа...........................2500-3500

α, К-1

................................(5-7)·10-5

ТВ, °С..............................170-180

λ, Вт/м·К.........................0,15-0,23

ρν, Ом·см.........................1013

W24, %.............................0,01-0,03

3.1.11. Полиуретаны.

Торговое название: полуретан СКУ, УК, СКУ-ПФЛ, СКУ-ПФД (РФ);

адипрен, джектотан, ройлад, цианопрен, тексин, эстан (США); целасто, десмо-

пан, вулколлан, эластоллан, дуретан (Германия).

Полиуретаны (ПУ) – линейные, гетероцепные полимеры, содержащие в

основной цепи макромолекулы уретановые группы:

ПУ являются аморфными или кристаллическими веществами в зависимо-

сти от природы исходных реагентов. При взаимодействии низкомолекулярных

гликолей и алифатических диизоцианатов получаются линейные ПУ со степе-

нью кристалличности до 70 %, а при взаимодействии мономеров с функцио-

нальностью больше двух – разветвленные или сшитые ПУ. Температура стек-

лования аморфных областей ПУ находится в пределах от –30 до –50 °С.

ПУ устойчивы к действию бензина, керосина, нефти, спиртов, кетонов,

различных растворителей, воды, разбавленных солей, кислот и щелочей. Ли-

нейные ПУ с молекулярной массой 15-25 тысяч растворимы в крезоле, феноле,

концентрированной серной и муравьиной кислотах, диметилформамиде. ПУ

горят при удалении из пламени.

ПУ отличаются высокой износостойкостью, стойкостью к гидролитиче-

скому и микробному воздействию, кислороду, озону, УФ-лучам. ПУ менее гиг-

23

роскопичны, чем полиамиды, и имеют более высокую стойкость к окислителям,

что обуславливает большую стабильность свойств в атмосферных условиях.

В промышленности из линейных ПУ получают литьевые эластомеры, а из

слабосшитых ПУ – термоэластопласты с молекулярной массой от 30 до 40 тыс.,

находящиеся при эксплуатации в высокоэластическом состоянии и способные к

большим обратимым деформациям (при высоких температурах они переходят в

вязкотекучее состояние). Прочность термопластичных ПУ колеблется от 10 до

27 МПа, εр составляет 240-600 %, а рабочая температура –30 до 100 °С.

Из литьевых эластомеров изготавливают изделия средних и крупных раз-

меров, в частности шланги для внутризаводского транспорта, отличающиеся

большей химической стойкостью (в 6-7 раз), чем шланги из углеводородных

каучуков, детали грохотов для классификации углей. Тонкими листами эласто-

меров покрывают поверхности пропеллеров и лопасти вертолетов, защищая их

от абразивного износа. Долговечность при этом повышается от 40 до 100 ч.

Термопластичные ПУ характеризуются высокой эластичностью и пере-

рабатываются в изделия литьем под давлением и экструзией.

3.1.12. Полифениленоксид.

Торговое название: арилокс (РФ); норил, Р.Р.О (США).

Полифениленоксид (ПФО) – простой ароматический, гетероцепной поли-

эфир со строением звена макромолекулы:

ПФО является слабополярным, аморфным, гибкоцепным, медленно кри-

сталлизующимся полимером с температурой плавления 267 °С, температурой

стеклования аморфных областей от 230 до 250 °С. Молекулярная масса про-

мышленных марок колеблется от 25 до 30 тыс. Деструкция на воздухе начина-

ется при 200 °С и заметно ускоряется выше 350 °С.

ПФО устойчивк действию бензина, керосина, нефти, спиртов, кетонов,

кипящей воды, перегретого пара, пероксидов, разбавленных и концентрирован-

ных растворов солей, кислот и щелочей. Растворяется в ароматических и хло-

рированных углеводородах, диметилформамиде. Характерной особенностью

ПФО являются его антимикробные свойства – микроорганизмы на поверхности

изделий из этого полимера не размножаются. ПФО горюч, при удалении из

пламени продолжает гореть.

Обладает высокими физико-механическими показателями, в том числе

ударной вязкостью и эластичностью, а также хорошими электроизоляционны-

ми свойствами, сохраняя их стабильность в интервале температур от –60 до

200°С. ПФО имеет высокую адгезию к металлам.

ПФО является конструкционным материалом инженерно-технического

назначения и применяется в электротехнике (корпуса электромоторов и т.п.),

24

электронике и радиотехнике (печатные схемы, детали высокочастотной изоля-

ции, радаров и др.), сантехнике (элементы водомерного оборудования), меди-

цине (элементы протезов, трансплантанты и т.п.), автомобилестроении. Благо-

даря более низкой стоимости ПФО успешно конкурирует с поликарбонатами,

фторопластами и полиакрилатами.

Выпускается в виде порошка или гранул и перерабатывается экструзией,

каландрованием или поливом из 10%-ного раствора, а также литьем под давле-

нием. Показатели основных свойств полифениленоксидов приведены ниже:

ρ, кг/м3...........................1060

σр, МПа..........................62-83

σс, МПа..........................105-110

σизг, МПа........................88-107

εр, %................................12-40

HB, МПа........................160-170

α, К-1

................................2,9·10-5

Ер, МПа...........................2300-2500

Еизг, МПа.........................2300-2400

ТВ, °С..............................180-200

ТМ, °С..............................185-190

ρν, Ом·см.........................1017

-1018

W24, %.............................0,03-0,07

3.1.13. Полиформальдегид.

Торговое название ацетилированных гомополимеров – поформальдегид

(РФ), делрин (США), хостаформ (Германия), сополимеров триоксана с этиле-

ноксидом – целкон (США).

Полиформальдегид (ПФ) – простой линейный, гетероцепной полиэфир со

строением звена макромолекулы CH2 – O .

ПФ является гибкоцепным, кристаллическим полимером, со степенью

кристалличности от 70 до 100 %, температурой плавления от 70 до 100 °C, тем-

пературой стеклования аморфных областей –60 °С, температурой деструкции

160 °С. Для повышения теплостойкости в ПФ вводят термостабилизаторы. Мо-

лекулярная масса промышленных марок колеблется от 30 до 80 тыс. Горит по-

сле удаления из пламени.

При комнатной температуре устойчив к действию бензина, керосина,

нефти, спиртов, кетонов, различных растворителей воды, разбавленных и кон-

центрированных солей, кислот и щелочей, хотя и набухает до 1,0 % в воде и до

3,0 % в органических средах.

По своим физико-механическим показателям он является конструкцион-

ным материалом общетехнического и инженерно-технического назначения, ис-

пользуемым для замены изделий из цветных металлов и сплавов в химической

и нефтеперерабатывающей промышленности, машиностроении, электро- и ра-

диотехнике. Из ПФ изготавливают зубчатые колеса, шестерни, пружины и дру-

гие ответственные изделия. Детали и изделия из ПФ, работающие при знакопе-

ременных нагрузках в условиях высокой влажности атмосферы при температу-

рах до 100 °С, обладают более высокой надежностью, чем детали из полиами-

дов и фторопластов. ПФ перерабатывают на обычных литьевых машинах, а

также на экструдерах с предпластикацией материала.

Показатели свойств полиформальдегида приведены ниже:

25

ρ, кг/м3...........................1410-1430

σр, МПа.......................68-71

σс, МПа.......................110-130

σизг, МПа.....................100-120

HB, МПа...................150-180

α, К-1

.................................0,81·10-4

ТВ, °С..............................167

Ер, МПа.......................2500-3000

Еизг, МПа.....................3000

ρν, Ом·см.........................1015

W24, %.............................0,2

ср, Дж/г·К........................1,47

λ, Вт/м·К.........................0,23

3.1.14. Полиэтилен.

Полимеры этилена в промышленности получают при высоком, среднем и

низком давлении. Полиэтилен, синтезируемый при высоком давлении, называ-

ют также полиэтиленом низкой плотности, а получаемый при среднем и низком

давлении – полиэтиленом высокой плотности.

Полиэтилен высокого давления (ПЭВД).

Торговое название: полиэтилен высокого давления, полиэтилен низкой

плотности (РФ); алкатон, петротен, дайлан (США); алкатен (Великобритания);

луполен, хостален LD, стафлен (Япония); фертрен (Италия).

ПЭВД – линейный, гибкоцепной (с некоторым количеством боковых от-

ветвлений) полимер со строением звена макромолекулы: ~ СН2 – СН2 ~.

Разветвленность макромолекул ПЭВД ограничивает степень кристаллич-

ности до 55-60 %. Вследствие высокой скорости кристаллизации благодаря

гибкости цепи макромолекулы степень кристалличности, а, следовательно, и

свойства ПЭВД мало зависят от режима охлаждения при формовании изделий.

ПЭВД является неполярным, аморфно-кристаллическим полимером с

температурой плавления 103-110 °С. Молекулярная масса промышленных ма-

рок колеблется от 30 до 500 тыс. Он устойчив к действию бензина, керосина,

нефти, спиртов, кетонов, различных растворителей, разбавленных и концентри-

рованных растворов солей и щелочей. На воздухе под действием диоксида уг-

лерода, кислорода и влаги, а также статических напряжений в изделиях из

ПЭВД могут появляться трещины.

При нагревании на воздухе до температуры выше 290 °С ПЭВД подвер-

гается термоокислительной деструкции, а солнечная радиация вызывает его

фотолиз. Ультрафиолетовая часть солнечного света вызывает не только фото-

химическую деструкцию, но и структурирование полимера. В пламени плавит-

ся, капли расплава, падая на поверхность, широко растекаются. Горит после

удаления из пламени.

ПЭВД представляет собой конструкционный материал общетехнического

назначения, сочетающий невысокую стоимость с высокими показателями ди-

электрических свойств, стабильными в различных температурно-влажностных

условиях эксплуатации и широком частотном диапазоне и достаточно высоки-

ми физико-механическими показателями. Эластичность ПЭВД сохраняется до

(–60)-(–70) °С. ПЭВД нетоксичен и не выделяет в окружающую среду опасных

26

для здоровья человека веществ, изделия на его основе используются при кон-

такте с пищевыми продуктами.

По сравнению с полиэтиленами низкого давления ПЭВД обладает более

высокой стойкостью к растрескиванию и в 4-10 раз большей газопроницаемо-

стью. Прочностные показатели ПЭВД в 1,5 раза ниже, чем у полиэтилена высо-

кой плотности, поэтому при формовании изделий следует увеличивать толщину

стенок. К недостаткам ПЭВД относится невысокая верхняя температура при-

менения, ползучесть под действием статических нагрузок, горючесть, способ-

ность электризоваться, накапливая статическое электричество, трудность

склеивания деталей. Свойства ПЭВД приведены в таблице 5.

ПЭВД перерабатывается всеми методами, используемыми в технологии

термопластов: литьем под давлением, экструзией, напылением, прессованием,

пневмо- и вакуумформованием и др.

ПЭВД широко применяется в различных отраслях: электротехнической

промышленности для формования изоляции проводов и кабелей, химической –

для антикоррозионной защиты металлов, в производстве товаров широкого по-

требления – изготовления тары, упаковочных материалов, игрушек и т.п.

Таблица 5 – Показатели основных свойств полиэтиленов.

Свойство ПЭВД ПЭНД ПЭСД

ρ, кг/м3 918-930 954-960 960-968

Тпл, °С 103-110 124-132 128-135

Тхр, °С (–55)-(–120) (–70)-(–150) (–70)-(–140)

Еизг, МПа 90-260 640-930 800-1250

εр, % 500-800 50-1200 50-900

σр, МПа 10-17 18-45 18-40

σизг, МПа 12-20 19-40 25-40

HB, МПа 17-25 48-60 66-68

ср, Дж/г·К 1,8-2,5 1,68-2,1 –

λ, Вт/м·К 0,33-0,36 0,41-0,44 0,46-0,52

α, К-1

(6-16)·10-4

(1,7-5,5)·10-4

(2,1-3,0)·10-4

ρν, Ом·см 1016

-1017

1016

-1018

1017

-1018

W30 сут, % 0,02 0,005-0,03 менее 0,01

Полиэтилен низкого давления (ПЭНД).

Торговое название: полиэтилен высокой плотности (РФ); ги-факс супер-

дайлан, бакелит (США); карлон (Великобритания); хостален G (Германия);

монлен (Италия); манолен (Франция); хей жекс (Япония).

ПЭНД является неполярным кристаллическим полимером (степень кри-

сталличности составляет от 70 до 80 %). Молекулярная масса промышленных

марок колеблется от 50 до 800 тыс. По достижении молекулярной массы 2000

тысяч ПЭНД теряет текучесть (сверхвысокомолекулярный ПЭНД или

27

СВМПЭНД). Такой полимер перерабатывается прессованием.

ПЭНД более устойчив к воздействию растворителей, жидких и газооб-

разных агрессивных веществ, чем ПЭВД. Тем не менее, для повышения техно-

логических и эксплуатационных показателей свойств в ПЭНД вводят термосве-

тостабилизаторы и антиоксиданты. Практически для стабилизации ПЭНД при-

меняются те же стабилизаторы, что и для ПЭВД

ПЭНД представляет собой конструкционный материал общетехнического

назначения с гораздо более высокими физико-механическими показателями,

теплостойкостью твердостью, жесткостью, морозостойкостью, чем ПЭВД

(табл. 4), поэтому материалоемкость изделий на его основе в 1,2-1,4 раза ниже.

Диэлектрические свойства полиэтилена высокой и низкой плотности близки,

однако присутствие в ПЭНД остатков катализатора несколько снижает высоко-

частотные характеристики полимерной изоляции. Наличие следов катализатора

не позволяет рекомендовать ПЭНД для формования изделий, контактирующих

с пищевыми продуктами, без специальной обработки. ПЭНД более склонен к

растрескиванию под влиянием напряжений и поверхностно-активных веществ,

чем ПЭВД. ПЭНД используется в тех же отраслях промышленности, что и

ПЭВД: для формования технических изделий, пленок, тары, антикоррозионных

покрытий и т.п.

Полиэтилен среднего давления (ПЭСД).

Торговое название: фортифлекс, грэкс, марлекс (США).

ПЭСД – линейный, гибкоцепной полимер со строением звена аналогич-

ным строению звена макромолекулы ПЭВД.

Благодаря гибкости основной цепи и практическому отсутствию боковых

ответвлений ПЭСД обладает наибольшей среди полиэтиленов плотностью Мо-

лекулярная масса промышленных марок ПЭСД колеблется от 70 до 400 тыс.

Химическая стойкость и физико-механические показатели свойств ПЭСД

выше, чем ПЭВД и ПЭНД, а диэлектрические и теплофизические практически

аналогичны свойствам ПЭНД (таблица 4). ПЭСД является конструкционным

материалом общетехнического назначения.

3.1.15. Полиэтилентерефталат.

Торговое название: лавсан (РФ); майлар, дакрон, терилен (США); мели-

некс, терилен (Великобритания); хостафан (Германия).

Полиэтилентерефталат (ПЭТФ) – сложный полиэфир терефталевой ки-

слоты и этиленгликоля со строением звена макромолекулы:

ПЭТФ является слабополярным, аморфно-кристаллическим (степень кри-

сталличности от 40 до 45 %), прозрачным (Кпр больше 90 %), медленно кри-

сталлизующимся вследствие сильного межмолекулярного взаимодействия по-

лимером с температурой плавления 255-265 °С, температурой стеклования

28

аморфных областей 80 °С и температурой деструкции 380 °С. Молекулярная

масса промышленных марок колеблется от 20 до 40 тыс.

Термостойкость ПЭТФ в расплаве сохраняется до 280-290 °С. Выше

300°С протекает весьма интенсивная термоокислительная деструкция. Для

улучшения условий переработки и модификации свойств в ПЭТФ вводят поли-

этилен, полиамиды и другие термопласты.

При комнатной температуре ПЭТФ устойчив к действию бензина, керо-

сина, нефти, спиртов, кетонов, различных растворителей, воды, растворам ки-

слот и отбеливающих веществ даже при повышенных температурах (до 60 °С).

Он не стоек к щелочам.

ПЭТФ является конструкционным материалом общетехнического и ин-

женерно-технического назначения. Применяется для формования листов и пле-

нок, товаров культурно-бытового назначения, деталей антифрикционного,

электроизоляционного и конструкционного назначения в радио- и электротех-

нике, машиностроении. Допущен для формования изделий для хранения напит-

ков и пищевых продуктов.

Пленки из ПЭТФ легко поддаются металлизации алюминием, цинком,

оловом, нанесению печати, окрашиванию, дублированию с полиэтиленовыми

пленками и армированию волокнами. Детали из ПЭТФ свариваются ультразву-

ком или склеиваются. Листовой ПЭТФ перерабатывают в прозрачные изделия

пневмовакуумформованием.

Основные свойства ПЭТФ приведены ниже:

ρ, кг/м3...........................1380-1400

σр, МПа.........................140-290

εр, %...............................60-180

Ер, МПа.........................3500-4500

ρν, Ом·см.........................1016

-1017

W24, %.............................0,6

ср, Дж/г·К........................1,129-1,289

3.1.16. Фторопласты.

Фторопласты представляют собой фторпроизводные этилена Наибольшее

применение в промышленности нашли гомополимеры тетрафторэтилена и

трифторхлорэтилена, а также их сополимеры с фторолефинами и олефинами.

Политетрафторэтилен (ПТФЭ).

Торговое название: фторолон-4, фторопласт-4 (РФ); тефлон (США).

Политетрафторэтилен – линейный, гибкоцепной полимер со строением

звена макромолекулы: ~ CF2 – CF2 ~. ПТФЭ является неполярным, кристалли-

ческим (со степенью кристалличности 90-95 %), непрозрачным материалом с

температурой плавления 327 °С. Расплав ПТФЭ даже при 380 °С не течет

вследствие очень высокой вязкости. Молекулярная масса промышленных ма-

рок ПТФЭ колеблется от 200 до 500 тысяч.

ПТФЭ обладает необычайно высокой химической стойкостью. Он устой-

чив к действию бензина, керосина, нефти, спиртов, кетонов, различных раство-

рителей, воды, разбавленных и концентрированных солей, кислот, щелочей и

29

окислителей. Ненапряженные изделия на его основе могут эксплуатироваться в

интервале температур от –269 до 260 °С. Термоокислительная деструкция

ПТФЭ начинается только 415 °С и сопровождается выделением фтора. В пла-

мени не горит, но разлагается.

ПТФЭ обладает исключительно высокими диэлектрическими показате-

лями, сохраняя их стабильность в широком диапазоне температурно-

влажностных и частотных условий эксплуатации. Низкий коэффициент трения

(0,04) в сочетании с эластичностью позволяет использовать его как антифрик-

ционный материал в различных узлах трения. Введение наполнителей расши-

ряет спектр показателей качества изделий антифрикционного назначения – по-

вышает устойчивость к деформации под нагрузкой, к износу, твердость и жест-

кость, теплопроводность, прочность при сжатии.

Недостатком ПТФЭ является хладотекучесть. Под действием сравни-

тельно небольших напряжений уже при комнатной температуре начинается

пластическая (необратимая) деформация, увеличивающаяся с повышением

температуры. Для устранения ползучести (крипа) и модификации свойств ис-

пользуют композиции ПТФЭ, наполненные стеклянными волокнами, графитом,

дисульфидом молибдена и т.п. Другим недостатком ПТФЭ является его низкая

текучесть, вследствие чего при его переработке используются малопроизводи-

тельные методы, сходные с методами порошковой металлургии и получения

керамики.

ПТФЭ представляет собой конструкционный материал инженерно-

технического назначения. Он применяется в радио- и электротехнической про-

мышленности для изоляции проводов, кабелей, конденсаторов, в химическом

машиностроении. Из ПТФЭ формуют трубы, мембраны, вентили. Антифрикци-

онные и антикоррозионные покрытия металлоконструкций, уплотнения и про-

кладки используются в аэрокосмической технике, химической, нефтеперераба-

тывающей и нефтедобывающей промышленности. Антифрикционные свойства

позволяют применять его в подшипниках, работающих без смазки в коррозион-

ноактивных средах. Нетоксичность ПЭТФ и инертность к тканям живого орга-

низма позволяют изготавливать из него протезы органов человека – клапаны

сердца, кровеносные сосуды и т.п. Показатели основных свойств ПТФЭ приве-

дены в таблице 5.

Политрифторхлорэтилен (ПТФХЭ).

Торговое название: фторолон-3, фторопласт-3 (РФ); кель F, флюоретен

(США); хостафлон (Германия); дайфлон (Япония).

ПТФХЭ – линейный, гибкоцепной, кристаллический полимер со строени-

ем звена макромолекулы: ~ CFCl – CF2 ~.

ПТФХЭ является слабополярным, кристаллическим (со степенью кристал-

личности 80 %), в тонких слоях прозрачным (коэффициент проницаемости со-

ставляет от 85 до 90 %) материалом, с температурой деструкции 300-315 °С. Мо-

лекулярная масса промышленных марок ПТФХЭ колеблется от 56 до 200 тысяч.

30

Таблица 5 – Показатели основных свойств фторопластов.

Свойство Ф-4 Ф-3 Ф-2

ρ, кг/м3 2150-2240 2090-2160 1760

Тпл, °С 327 210-215 171-180

Тс, °С –120 50-55 –40

Ер, МПа 410 – 1000-1600

Еизг, МПа 460-850 1160-1450 –

εр, % 250-500 20-40 10-300

σр, МПа 14-35 35-40 50

σс, МПа 11,8 60-65 70

σизг, МПа 11-14 60-80 –

HB, МПа 30-40 100-130 130-150

ср, Дж/г·К 1,04 0,92 1,38

λ, Вт/м·К 0,25 0,068-0,12 0,126

α, К-1

(1,1-2,5)·10-4

(0,6-1,2)·10-4

–

ρν, Ом·см 1,5·1017

1,2·1018

1011

W24, % 0,00 0,00 0,04

ПТФХЭ имеет химическую стойкость, приближающуюся к стойкости

ПТФЭ. Он разрушается под действием расплава щелочей, олеума, хлора и фто-

ра. К другим средам ПТФХЭ устойчив. ПТФХЭ растворяется в кипящих ксило-

ле, тетрахлориде углерода, дибутиладипинате. Горит, но при удалении из пла-

мени гаснет.

Физико-механические показатели ПТФХЭ в некоторых случаях превы-

шают показатели свойств ПТФЭ (таблица 5), хотя области применения этих

термопластов идентичны. Так, ПТФХЭ в отличие от ПТФЭ не склонен к хладо-

текучести. Изделия на основе ПТФХЭ могут эксплуатироваться при температу-

рах от –195 до 130 °С (эластичные) или даже до 190 °С (кристаллические), в за-

висимости от режима формования изделия. Хотя диэлектрические свойства

ПТФХЭ несколько хуже, чем ПТФЭ, он является отличным диэлектриком и ис-

пользуется для производства конденсаторных пленок. Стоимость ПТФХЭ вы-

ше, чем ПТФЭ.

ПТФХЭ перерабатывается в ленты, трубки, пленки, армированные шлан-

ги, лабораторную посуду, смотровые стекла. В химическом машиностроении из

него изготавливают прокладки, уплотнительные кольца, втулки, тарелки клапа-

нов, работающие при повышенных или пониженных – вплоть до криогенных

(жидкий кислород, водород) температурах, в высоковакуумных установках и

других тяжелых условиях эксплуатации.

Поливинилиденфторид (ПВДФ).

Торговое название: фторолон-2 (РФ), кайнар (США), KF-полимер (Япо-

ния). Поливинилиденфторид (ПВДФ) – линейный, гибкоцепной полимер с

31

конфигурацией звена макромолекулы: ~ CH2 – CF2 ~.

ПВДФ является полярным, аморфно-кристаллическим полимером (со

степенью кристалличности от 20 до 65 %). Молекулярная масса промышленных

марок ПВДФ колеблется от 100 до 150 тысяч. Он устойчив к действию бензина,

керосина, нефти, спиртов, воды, разбавленных и концентрированных солей, ки-

слот, щелочей, окислителей, поэтому широко используется для антикоррозион-

ной защиты. Растворяется в диметилформамиде, диметилацетате и других рас-

творителях. Горит, но гаснет при удалении из пламени.

ПВДФ имеет достаточно высокие физико-механические показатели, не

склонен к хладотекучести, обладает высокими и стабильными в условиях пере-

менной влажности диэлектрическими показателями. Склонен к электростатиче-

ской поляризации. Является хорошим электретом, сохраняющим электрические

заряды на поверхности в течение длительного времени (десятки тыс. часов).

Применяется для формования антикоррозионных покрытий металлокон-

струкций, электрической изоляции проводов и кабелей, работающих в тяжелых

условиях, термоусаживающихся изоляционных трубок и т.п. ПВДФ перераба-

тывается литьем под давлением, прессованием, экструзией, экструзией с разду-

вом. Изделия из ПВДФ допускают сваривание и нанесение печати.

3.2. Термореактивные полимеры.

Термореактивные полимеры (смолы) применяются в качестве связующих

веществ, в которые обычно вводят отвердители, наполнители, пластификаторы

и другие модифицирующие добавки. Основными требованиями к связующим

веществам являются: высокая клеящая способность (адгезия), химическая стой-

кость, теплостойкость, хорошие электроизоляционные свойства и др. В произ-

водстве пластических масс, композитов, клеев, лакокрасочных материалов и

защитных покрытий, компаундов и других видов материалов наиболее широко

используются фенолоальдегидные, эпоксидные, полиэфирные и кремнийорга-

нические смолы.

3.2.1. Фенолоформальдегидные смолы.

Фенолоформальдегидные смолы (ФФС) получаются путем реакции поли-

конденсации между фенолом и формальдегидом. В зависимости от количест-

венного соотношения фенола и формальдегида и типа катализатора получают

термопластичную – новолачную (новолак) и термореактивную – резольную

(бакелит) смолы.

Новолачные смолы (НС) получают поликонденсацией формальдегида с

избытком фенола в присутствии кислого катализатора. В новолачных смолах

фенольные ядра связаны только метиленовыми мостиками:

где n – степень поликонденсации (n = 4-8).

32

При обработке уротропином (СH2)6N4 иди формальдегидом НС переходят

в неплавкое и нерастворимое состояние.

Резольные смолы (РС) получают поликонденсацией фенола с избытком

формальдегида в основной среде (KOH, NaOH):

Резольные смолы – смесь линейных и разветвленных олигомеров с моле-

кулярной массой от 400 до 1000. Резольная смола может существовать в трех

модификациях. Резол (бакелит А) находится в вязкотекучем состоянии, раство-

рим в спирте, ацетоне, щелочи. Раствор резола в спирте называют бакелитовым

лаком. При нагревании до 100°С переходит в резитол (бакелит В), который

представляет собой промежуточную форму резольной смолы. Резитол находит-

ся в высокоэластическом состоянии и растворим лишь частично. В органиче-

ских растворителях и щелочах он не растворяется, а только набухает. При на-

гревании до 150°С переходит в резит (бакелит С), представляющий собой твер-

дый, хрупкий материал, неплавкий и нерастворимый. При повышении темпера-

туры до 300°С обугливается, не размягчаясь. При получении изделий процесс

горячего прессования производится в стадии резола, когда смола находится в

пластическом состоянии и легко принимает любую форму, а последующая вы-

держка при повышенной температуре переводит смолу в состояние резита и со-

общает пластмассе необходимые свойства.

Резольные и новолачные смолы резко отличаются по свойствам в исход-

ном состоянии и в процессе отверждения, но мало отличаются по свойствам в

отвержденном состоянии. Механические и электроизоляционные свойства у ре-

зитов, полученных из PC, выше, чем у резитов, полученных из НС с уротропи-

ном. Электрические свойства материалов на основе ФФС невысоки, т.к. в мак-

ромолекулах содержится большое количество полярных гидроксильных групп.

Для улучшения электроизоляционных свойств материалов в их состав добав-

ляют до 20% анилина. Материалы на основе анилиноформальдегидной смолы

имеют улучшенные характеристики, что позволяет использовать их для изго-

товления высоковольтных и радиотехнических деталей.

Новолачные смолы применяют для изготовления пресс-порошков, пресс-

материалов с волокнистым и листовым наполнителем, изоляционных твердею-

щих мастик, пенопластов и других материалов. В этих случаях вводится уро-

тропин (4-15 %), который является отвердителем при нагревании до 150-180 °С.

Резольные смолы при хранении на холоде переходят в неплавкое и нерас-

творимое состояние, а при нагревании быстро отверждаются. PC применяются

для производства слоистых пластиков (гетинакс, текстолит и др.), электроизо-

ляционных пресс-порошков, ударопрочных материалов, замазок, клеев.

Из фенолоформальдегидных пресс-порошков, пресс-материалов с волок-

33

нистым и листовым наполнителем получают пластические массы – фенопла-

сты. Кроме фенопластов, широкое применение находят материалы на основе

меламиноформальдегидных (МЛФС) и мочевиноформальдегидных (МФС)

смол. Пресс-порошки на основе МФС и МЛФС, наполненные сульфитной цел-

люлозой, используются для изготовления пресс-изделий. Они обладают высо-

кой поверхностной твердостью, дугостойкостью, хорошими физико-

механическими свойствами. Из пресс-порошков на основе МФС изготовляют

детали электроосветительного оборудования (изоляторы, ролики, штепселя,

выключатели и т.д.).

3.2.2. Эпоксидные смолы.

Эпоксидные смолы (ЭС) чаще всего они являются сравнительно низко-

молекулярными полимерами (олигомерами), которые превращаются в неплав-

кое и нерастворимое состояние под влиянием веществ, химически с ними взаи-

модействующих (отвердителей), и катализаторов.

Основными среди них являются ароматические эпоксидные смолы, полу-

чаемые на основе дифенилолпропана и эпихлоргидрина, имеющие следующую

общую формулу:

Отличительной особенностью ЭС является их способность отверждаться

как при нагревании, так и при обычной температуре. В отвержденном состоя-

нии ЭС обладают комплексом ценных свойств: механической прочностью, хи-

мической стойкостью, хорошими диэлектрическими свойствами, малой усад-

кой, высокой нагревостойкостью. ЭС проявляют высокую адгезию как к напол-

нителям, так и к различным конструкционным материалам (металлам, стеклу,

керамике), что позволяет использовать их в качестве клеев.

Процесс отверждения ЭС представляет собой чистую реакцию полимери-

зации без выделения побочных продуктов. В зависимости от типа отвердителя

отверждение ЭС может производиться либо при нагреве (обычно до 80-150 °С),

либо при комнатной температуре (холодное отверждение).

ЭС применяются для изготовления пропиточных и заливочных компаун-

дов, клеев, лакокрасочных материалов, пластмасс, волокнистых композицион-

ных материалов, слоистых пластиков и т.п.

3.2.3. Полиэфирные смолы.

Полиэфирные смолы (ПЭС) представляют собой растворы ненасыщен-

ных полиэфиров с молекулярной массой 700-3000 в мономерах или олигоме-

рах, способных к сополимеризации с этими полиэфирами.

Основная масса промышленных полиэфирных смол представляют собой

продукты поликонденсации гликолей с малеиновым и фталевым ангидридами:

34

ПЭС отверждают, сополимеризуя их с различными мономерами, напри-

мер, со стиролом, или со способными к сополимеризации олигомерами, кото-

рые служат одновременно и растворителями и отвердителями. Отверждение

ПЭС осуществляется как при обычной, так и повышенной температурах (80-

150 °С) в присутствии различных инициаторов.

В зависимости от состава, химического строения и молекулярной массы

(500-3000) ПЭС представляют собой вязкие жидкости или твердые вещества

различной окраски (бесцветные, светло-желтые, темно-красные, коричневые),

растворяющиеся в кетонах, эфирах, хлорированных углеводородах и других

растворителях.

Свойства отвержденных ПЭС зависят от химического состава и строения

сомономеров, молекулярной массы, условий сополимеризации и других факто-

ров. Одно из важнейших свойств ПЭС – теплостойкость, которая возрастает

при увеличении плотности сшивки. ПЭС обладают ценным комплексом

свойств: небольшой вязкостью, способностью отверждаться при обычной и по-

вышенной температурах без выделения побочных продуктов, а материалы на

их основе в отвержденном состоянии характеризуются высокими механиче-

скими и электроизоляционными свойствами, высокой стойкостью к действию

воды, кислот, бензина, масел и других сред.

ПЭС используются в основном в качестве связующих в производстве

стеклопластиков, а также основы клеев, лаков, заливочных составов и других

композиций.

3.2.4. Кремнийорганические смолы.

Кремнийорганические смолы представляют собой элементоорганические

соединения, состоящие из неорганических главных цепей с органическими бо-

ковыми группами. Главные цепи этих соединений состоят из чередующихся

атомов (полиорганосилоксаны), азота (полиорганосилазаны), серы (полиорга-

носилтианы), кислорода и металлов (полиметаллоорганосилоксаны) и т.д.

К наиболее распространенным и широко применяемым кремнийоргани-

ческим полимерам относятся полиорганосилоксаны:

Термореактивные кремнийорганические смолы, применяемые в качестве

связующих в кремнийорганических пластмассах, получают обычно поликон-

денсацией органохлорсиланов. Кремнийорганические смолы отверждаются при

введении отвердителей и катализаторов по механизму поликонденсации при

повышенных температурах (250 °С).

В качестве связующих применяются также модифицированные кремний-

35

органические смолы, которые получаются совместной конденсацией низкомо-

лекулярных кремнийорганических смол с органическими смолами и превосхо-

дят чистые смолы по технологическим, механическим и адгезионным свойст-

вам, но уступают им по термостойкости.

В качестве наполнителей в кремнийорганических материалах используют

неорганические (минеральные) порошкообразные наполнители (двуокись тита-

на, кварцевая мука и т.п.), асбест, стеклянные, кремнеземные и кварцевые во-

локна и ткани на основе этих волокон.

Кремнийорганические связующие используют для получения пресс-

материалов, стеклотекстолитов, компаундов, лакокрасочных и других видов

материалов. Широкое применение кремнийорганические смолы нашли в произ-

водстве герметиков, заливочных и пропиточных компаундов, а также компози-

ций различного назначения.

3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.

Письменный отчет по работе должен включать:

1. Наименование и цель работы.

2. Таблицу основных свойств термопластичных полимеров в соответствии с

приложением № 1.

3. Сравнительный анализ нескольких предложенных полимеров, заданных пре-

подавателем.

4. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Головкин Г.С. Научные основы производства изделий из термопла-

стичных композиционных материалов / Г.С. Головкин, В.П. Дмитренко. – М.:

РУСАКИ, 2005. – 472 с.

2. Макаров В.Г., Коптенармусов В.Б. Промышленные термопласты:

Справочник. М.: АНО «Издательство «Химия», «Издательство «КолосС», 2003.

– 208 с.

3. Полимерные материалы: Структура, свойства и применение: Учебное

пособие / Э.Р. Галимов, А.Г. Исмаилова, Н.Я. Галимова и др. Казань: Изд-во

Казан. гос. ун-та, 2001. – 187 с.

4. Кулезнев В.Н. Основы технологии переработки пластмасс / В.Н. Ку-

лезнев, В.К. Гусев. Учебник для ВУЗов. – М.: Химия, 1995. – 528 с.

5. Пульцин Н.М. Неметаллические материалы. – Ленинград, 1975. – 77 с

6. Материаловедение: Учебник для вузов. Под общ. ред. Б.Н. Арзамасо-

ва, Г.Г. Мухина. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 648 с.

36

Приложение № 1

Условные обозначения основных показателей полимеров

Свойство Размерность Обозначение

Плотность кг/м3 ρ

Температура плавления °С Тпл

Температура деструкции °С Тд

Температура стеклования °С Тс

Температура хрупкости °С Тхр

Температура размягчения °С Тразм

Теплоемкость Дж/г·К ср

Коэффициент линейного расширения К-1

α

Теплопроводность Вт/м·К λ

Теплостойкость по Мартенсу °С ТМ

Теплостойкость по Вика °С ТВ

Модуль упругости при растяжении МПа

Ер

Модуль упругости при изгибе МПа

Еизг

Относительное удлинение при разрыве % εр

Разрушающее напряжение при растяжении МПа

σр

Разрушающее напряжение при сжатии МПа

σс

Разрушающее напряжение при изгибе МПа σизг

Твердость по Бринеллю МПа HB

Удельное объемное сопротивление Ом·см ρν

Коэффициент прозрачности % Кпр

Водопоглощение за 24 ч % W24

Водопоглощение равновесное % W∞

37

Приложение № 2 Термопласты (№6,№7)

1. ПЭ, гранулы ВД

2. ПЭ, гранулы НД

3. изделия из полиэтилена НД и ВД

4. полипропилен, гранулы

5. полипропилен, порошок

6. изделия из полипропилена

7. полистирол блочный

8. полистирол ударопрочный

9. полистирол эмульсионный

10. изделия из ПС

11,12. нити, пленка стирофлекса

13. пенопласт ПС–1

14. пенополистирол

№7

1. пластикат ПВХ

2. ПВХ, порошек

3. изделия из ПВХ пластифицированного

4. изделия из ПВХ непластифицированного

5. пенопласт пленочный

6. поропласт

7. капролактам

8. смола полиамидная

9. смола капроновая

10. полиамид 610 литьевой

13. волокно капроновое

14. волокно анид

15. изделия из полиамида

16. Ф–4, порошок

17. изделия из Ф–4

18. пенополиуретан жесткий

19. поропласт полиуретановый эластичный

20. ПММА, порошок

21. изделия из ПММА

22. сополимер МСН

23. изделия из МСН

Реактопласты (№8) 1. смола мочевиноформальдегидная

2. аминопласт

3. клей К-17

4. бумажно-слоистый пластик

5. изделия из аминопласта

6. смола фенолоформальдегидная

7. смола фенолоформальдегидная

9-11 масса прессовочная фенольная

12. волокнит

13. клей БФ-4

14. изделия из фенопласта

15. изделия из волокнита

16. асботекстолит

17. текстолит

18. стеклотекстолит

19. гетинакс

20. изделия из фаолита

21. фаолитовая масса

22. смола эпоксидная

23. клей из эпоксидной смолы

24. стеклопластик

Резиновые и углеродистые матери-

алы (№9)

1. уплотнитель

2. рукав резинотканевый

3. изделие из эбонита

4. щетка угольно-графитовая

Смолы, наполнители (№5) 1. гликолевая

2. глифталевая

3. эпоксидная ЭД-5

4. меламиноформальдегидная

5. фенолоформальдегидная

6. крезолоформальдегидная

7. мука древесная

8. мука слюдяная

9. мука кварцевая

10. асбест

11. стекловолокно

12. линтер

13. углеграфит

14. кокс

15. каолин

16. сульфитная целлюлоза

17. ткань х/б

18. стеклоткань

19. диметилфталат

20. камфара

21. олеиновая кислота

22. стеарин

23. стеарит кальция

24. стеарит цинка

25. уротропин

26. известь гашеная

27. известь негашеная

28. жженая магнезия

29. нитрозин

30. охра

31. желтый

32. зеленый

33. пигмент красный

34. редоксайт

35. жировой темно-красный

36. окись хрома

38

У ч е б н о е и з д а н и е

Нина Александровна Адаменко

Александр Викторович Фетисов

Андрей Владимирович Казуров

СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ МАТРИЦ

Методические указания к лабораторной работе

Темплан выпуска электронных изданий 2008 г., поз. № 25.

На магнитоносителе. Уч.-изд. л. 1,65.

Подписано на «Выпуск в свет» 08.09.2008 г. Заказ № 25.

Волгоградский государственный технический университет.

400131, г. Волгоград, пр. им. В. И. Ленина, 28.

РИО РПК «Политехник»

Волгоградского государственного технического университета.

400131, г. Волгоград, ул. Советская, 35.