К термопластичным полимерам относятся. Полимеры и электротехническая медь

Термопластичный полимер представляет собой материал, способный неоднократно при нагревании становиться более мягким, а при охлаждении возвращать свою твердость. Свойства этих веществ можно объяснить за счёт линейной структуры их макромолекул. Когда во время нагрева им передаётся энергия, связи между молекулами ослабляются, что обеспечивает более свободное движение относительно друг друга, сам же полимер становится аморфным или при повышении температуры переходит в жидкое агрегатное состояние. Именно это свойство используют при создании различного рода изделий из термопластичных полимеров, или при сращивании двух деталей при помощи сварки.

Особенности перевода полимеров в вязкое состояние

Необходимо отметить, что при практическом применении далеко не все переводятся жидкое агрегатное состояние так легко. Это связано с тем, что у некоторых веществ температура термического разложения меньше, чем температура, при которой они приобретают жидкое агрегатное состояние. Решают такую проблему путем использования разного рода технологических приемов, которые позволяют снизить порог температуры вязкости (с помощью добавления пластификаторов), или наоборот, повышая температуру термодеструкции (с помощью добавления специальных стабилизаторов или обрабатывая сырье в среде инертных газов).

За счёт линейного типа строения молекулы термопласт отличается свойством раздуваться, также это позволяет им легко растворяться в подходящем ему растворителе (который необходимо подбирать в зависимости от химсостава полимера). При этом любой раствор с содержанием уже 2 процентов таких веществ характеризуется повышенной вязкостью. Причиной такого свойства становятся крупные молекулы полимеров, если сравнивать с обычными веществами.

Если растворитель испаряется, полимер возвращается в своё изначальное состояние и становится твёрдым. Именно таким образом и используются различные клеи, вяжущие компоненты мастик, многие виды красок, созданных с использованием термопластичных полимеров.

Основными минусами этой группы полимеров можно назвать:

низкую теплостойкость (в пределах 85-125 градусов Цельсия);
повышенную хрупкость при понижении температуры;
повышенную текучесть при высокой температуре;
стареет при попадании ультрафиолета;
окисляется под воздействием атмосферного кислорода;
имеет пониженную поверхностную твердость.

Самой большой популярностью при строительных производствах и в быту пользуются такие термопласты:

полиэтилен;
полипропилен;
полистирол.

Существует и множество других термопластичных полимеров, но в большинстве своем они являются производными от этих трех, и используются гораздо реже.

Полиэтилен

Полиэтилен – это вещество, которое создают за счёт химической реакции полимеризации этилена, большей частью обрабатывая при высоких температурах нефтяные газы или путем гидролиза нефтепродуктов. Одним из обязательных условий таких реакций является высокое давление, определенная температура, присутствие катализаторов и наличие кислорода. В промышленных масштабах процесс происходит в трубчатых реакторах, которые являются сложнейшим оборудованием.

Полиэтилен, производимый при высоком давлении – стойкий к химическим реакциям продукт, обладающий плотностью в районе 0,950г на см3. От других полимерных соединений он отличается высокой эластичностью (это свойство обеспечивают 45 процентов аморфной фазы). Выпускают полиэтилен в виде гранул, которые на специализированных предприятиях по производству продуктов из полимеров разогревают и деформируют таким образом, чтобы они приобрели необходимые формы.

Полиэтилен, создаваемый при низком давлении и температурах, не превышающих 80 градусов по Цельсию, называют . Его получают с использованием растворителя (чаще всего бензин) и определенных катализаторов. Свойства этого полимера отличаются от полиэтилена высокого давления, он является более хрупким и более подверженным старению.

В большей степени физико-механические свойства полиэтилена зависят от степени его полимеризации, иными словами, от веса одной молекулы, поэтому характеристики могут различаться. Так, прочность материала при растяжении в зависимости от степени полимеризации может варьироваться в пределах 18-46 МПа, его плотность в пределах 920-960 кг/м3, а разброс температуры плавления находится в пределах 110-125 градусов Цельсия.

Если долгое время на полиэтилен будет воздействовать половина от максимальной нагрузки, которую он способен выдерживать, полимер постепенно становиться более текучим. Нижний порог сохранения эластичности – 70 градусов Цельсия ниже нуля. Сам материал не только достаточно легко сваривать за счёт низких температур плавления, но и просто перерабатывать в другие изделия. Одними из основных недостатков можно назвать низкую теплостойкость и твёрдость полиэтилена, а также повышенную горючесть и высокую скорость старения под ультрафиолетом.

С частью отрицательных характеристик полиэтилена научились бороться. Для повышения стойкости полимера к окислительному процессу и последующему воздействию атмосферы используются разнообразные стабилизаторы. К примеру, если ввести в полиэтилен 2 процента сажи, общий срок его службы на открытом воздухе возрастёт в 30 раз.

Из полиэтилена производится множество различных изделий, начиная от пленок и труб, заканчивая электроизоляцией. Вспененный полиэтилен, выпускаемый в листовой форме, хорошо проявил себя в качестве звукоизоляционного и теплоизоляционного материала.

Полипропилен

Другим известным термопластом является , который создаётся путём полимеризации соответствующего газа при помощи растворителей. Во время синтеза полипропилен способен образовывать сразу несколько отличающихся по структурным формулам полимеров: изотактические, атактические, а также синдиотактические. Тактичностью называют способ установки боковых групп относительно основных в молекулярных цепях полимерного материала. Чаще всего можно встретить именно изотактические полипропиленовые соединения, в которых каждая метальная группа располагается с одной стороны в макромолекуле.

Одним из главных отличий от полиэтилена является повышенная твёрдость и прочность, а также более высокая температура размягчения, достигающая 170 градусов Цельсия. Однако этот материал менее стоек к отрицательным температурам, и становится хрупким уже при 20 градусах по Цельсию ниже нуля. Плотность его практически одинакова с полиэтиленом – 930 кг/м3, а прочность при растяжении доходит до 30 МПа. Полипропилен применяется там же, где полиэтилен, но изделия из этого полимера отличаются устойчивой формой и высокой жесткостью.

Атактическим полипропиленом называют подвид этого материала, в котором каждая метальная группа расположена случайным образом с двух сторон цепи общей молекулы. Во время синтеза пропилена является неизбежной примесью, однако его легко отделить при помощи экстракции. АПП представляет собой более мягкий и менее плотный продукт, температура плавления которого находится в пределах 30-80 градусов, что позволяет расплавить его буквально в человеческой руке. Применение ему нашли в качестве модификатора битумной композиции при создании кровельного материала.

Синдиотактический полипропилен получают с использование специальных металлоценовых катализаторов. Он представляет собой полимер, в котором метальные группы, так же как и в АПП, располагаются по обеим сторонам основной цепи, однако делают это более упорядоченно. Большинство физических свойств данного полимера схожи с резиной, потому его часто применяют в качестве эластомера.

Полистирол

Представляет собой термопластичный полимер с прозрачной поверхностью и достаточно большой жёсткостью, его плотность достигает 1080 кг/м3. При нормальных температурах этот материал достаточно твердый и одновременно хрупкий, размягчаться начинает при температуре выше 80 градусов по Цельсию. Растворим полистирол при помощи ароматических углеводородов или с использование сложных эфиров. Также этот материал помимо повышенной хрупкости обладает и повышенной горючестью. Защищён от агрессивного воздействия щелочей и серных кислот, что позволяет использовать его во многих промышленных отраслях, является светостойким и светопроницаемым.

Получают полистирол из стирола (прозрачная легко воспламеняемая жидковатая смесь, что вырабатывается в процессе гидролиза нефтепродуктов, которая довольно просто полимеризируется при помощи действия солнечного света и нагревания). Выпускаются он подобно другим полимерам в форме гранул или белого порошка, которые на производстве перерабатывают в необходимые изделия.

Полистирол активно применяется в строительстве, его вспененную форму используют в качестве теплоизоляционного материала – пенополистирола, плотность которого варьируется в пределах 10-50 кг/м3, что позволяет осуществлять транспортировку и установку панелей без особых физических усилий. Также из этого полистирола делают облицовочную плитку и различную мелкую фурнитуру. Используя его вместе с органическими растворителями можно получить качественный клей.

Международная маркировка термопластов для вторичной переработки

Термопласты (термопластичные полимеры) – это , которые размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении. При комнатных температурах термопластичные полимерные материалы находятся в твердом (стеклообразном или кристаллическом) состоянии . При повышении температуры они переходят сначала в высокоэластическое состояние , затем (при дальнейшем нагревании) – в вязкотекучее состояние , что обеспечивает возможность формования термопластов различными методами. Переходы термопластов из твердого в высокоэластичное и вязкотекучее состоянии обратимы и могут повторяться многократно, что делает возможной вторичную переработку термопластичных полимеров.

Термопласты – это полимеры, у которых при нагревании не образуется поперечных химических связей и которые при некоторой, характерной для каждого полимера, температуре, могут многократно (повторно) размягчаться и переходить из твердого в пластическое состояние.

Термопласты выпускают в марочном ассортименте двух типов. Первый или базовый , включает марки, различающиеся по вязкостным (или молекулярным) параметрам. Их улучшают для переработки смазками, стабилизаторами и другими добавками. На основе базового марочного ассортимента создают марочный ассортимент по преобладающим эксплуатационным свойствам .

Базовые марки полимера предназначены для переработки разными методами (марки литьевые, экструзионные, для прессования и др.). Каждым методом получают широкую номенклатуру изделий, различающихся размерами. Например, литьем под давлением получают тонкостенные изделия с большими отношениями длины к толщине, изделия средней толщины и толстостенные изделия с малыми отношениями длины к толщине. Поэтому марки полимера по методу переработки подразделяются на марки по ассортименту изделий, характерному для соответствующего способа формования.

Марочный ассортимент полимеров по вязкости обеспечивает возможность переработки полимеров разными методами в изделия при оптимальных режимах. Использование нужной марки сокращает время и потери материла на разработку технологии, стабилизирует процесс переработки и свойства изготавливаемых изделий, обеспечивает экономию сырья.

Марочный ассортимент по эксплуатационным свойствам включает марки полимера, улучшенные по отдельным показателям (антифрикционные, износостойкие, свето- и теплостабилизированные, антистатические, специализированные по наполнителям, негорючие, пищевого, медицинского назначения, оптические и др.

Способны многократно размягчаться при нагревании и отвердевать при охлаждении. Эти и многие другие свойства термопластичных полимеров объясняются линейным строением их макромолекул. При нагревании взаимодействие между молекулами ослабевает и они могут сдвигаться одна относительно другой, полимер размягчается, превращаясь при дальнейшем нагревании в вязкую жидкость. На этом свойстве базируются различные способы формования изделий из термопластов, а также соединение их сваркой.

Однако на практике не все термопласты так просто можно перевести в вязко-текучее состояние, так как температура начала термического разложения некоторых полимеров ниже температуры их текучести (поливинилхлорид, фторопласты и др.). В таком случае используют различные технологические приемы, снижающие температуру текучести (например, вводя пластификаторы) или задерживающие термодеструкцию (введением стабилизаторов, переработкой в среде инертного газа).

Линейным строением молекул объясняется также способность термопластов не только набухать, но и хорошо растворяться в правильно подобранных растворителях. Тип растворителя зависит от химической природы полимера. Растворы полимеров даже очень небольшой концентрации (2...5 %) отличаются довольно высокой вязкостью. Причиной этого являются большие размеры полимерных молекул по сравнению с молекулами обычных низкомолекулярных веществ. После испарения растворителя полимер вновь переходит в твердое состояние. На этом основано использование растворов термопластов в качестве лаков, красок, клеев и вяжущего компонента в мастиках и полимеррастворах.

К недостаткам термопластов относятся; низкая теплостойкость (обычно не выше 80... 120 °С), низкая поверхностная твердость, хрупкость при пониженных температурах и текучесть при высоких, склонность к старению под действием солнечных лучей и кислорода воздуха.

Наибольшее применение в строительстве имеют следующие термопластичные полимеры: полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, перхлорвинил, поливинилацетат и поливиниловый спирт, полиизобутилен и полиакрилаты.

Полиэтилен , (-СН2-СН2-);1, - продукт полимеризации этилена, значительную часть которого получают при термической переработке нефтяных газов (этана, пропана, бутана) и гидролизе нефтепродуктов. Реакции полимеризации протекают при высоких давлении (до 250 МПа) и температуре 240...280 °С в присутствии кислорода, а каталитической полимеризации - при среднем или низком давлении.

Полимеризация этилена при высоком давлении производится в трубчатых реакторах и отличается сложностью технологического оборудования. В Республике Беларусь такое производство организовано на Новополоцком ОАО «Полимир».

Полиэтилен высокого давления - химически стойкий продукт плотностью 0,92...0,95 г/см3. Он обладает повышенной эластичностью, что объясняется наличием в нем 45 % аморфной фазы. Выпускается в виде гранул.

Полиэтилен низкого давления получают при температуре не выше 80 °С и давлении 0,05...0,6 МПа в среде растворителя (бензина) и в присутствии катализаторов. Он более хрупок и более склонен к старению, чем полиэтилен высокого давления.

Физико-механические свойства полиэтилена в значительной

мере зависят от степени полимеризации, т. е. от молекулярной

массы. Его предел прочности при растяжении в зависимости от

молекулярной массы колеблется от 18 до 45 МПа, плотность -

920.. .960 кг/м3, температура плавления - 110 125 °С. При дли

тельном действии нагрузки, составляющей более 50...60 % от

предельной, у полиэтилена начинает проявляться свойство теку

чести. Он сохраняет эластичность до температуры минус 70 °С,

легко перерабатывается в изделия и хорошо сваривается. Его

недостатки - низкие теплостойкость и твердость; горючесть и

быстрое старение под действием солнечного света. Для большей

стойкости к окислительным процессам и атмосферным воздей

ствиям в полиэтилен вводят различные стабилизаторы. Напри

мер, при введении в полиэтилен 2 % сажи срок службы его в ат

мосферных условиях увеличивается в 30 раз.

Из полиэтилена делают пленки (прозрачные и непрозрачные), трубы, электроизоляцию; вспененный полиэтилен в виде листов и труб используется для целей тепло- и звукоизоляции, а также в качестве герметизирующих прокладок.

Полипропилен , [-СН2-СН-]„, является продуктом полимеризации газа пропилена в растворителе. При синтезе полипропилена образуется несколько различных по строению полимеров: изотактический, атактический и синдиотактический. Тактичность - это способ, которым выстроены боковые группы вдоль основной цепи молекулы полимера.

В основном применяется изотактический полипропилен, когда все метальные группы расположены с одной стороны макромолекулы. Он отличается от полиэтилена большей твердостью, прочностью и теплостойкостью (температура размягчения - около 170 °С), но переход в хрупкое состояние происходит уже при минус 10...20 °С. Плотность полипропилена - 920...930 кг/м3; прочность при растяжении - 25...30 МПа. Применяют полипропилен практически для тех же целей, что и полиэтилен, но изделия из него более жесткие и формоустойчивые.

Атактический полипропилен (АПП) (в АПП метальные группы расположены случайным образом по обеим сторонам основной цепи макромолекулы) получается при синтезе пропилена как неизбежная примесь, но легко отделяется от изотакти-ческого пропилена экстракцией (растворением в углеводородных растворителях). АПП - мягкий эластичный продукт плотностью 840...845 кг/м3 с температурой размягчения 30...80 °С. Применяют АПП как модификатор битумных композиций в кровельных материалах.

Используя специальные металлоценовые катализаторы получают синдиотактический полипропилен, когда метальные группы расположены упорядоченно с обеих сторон основной цепи макромолекулы. Этот полимер похож на резину и является хорошим эластомером.

Полиизобутилен - каучукоподобный термопластичный полимер (параграф 17.5).

Полистирол, (-СН2-СН-)П, -прозрачный жесткий полимер плотностью 1050... 1080 кг/м3; при комнатной температуре он -жесткий и хрупкий, размягчается при нагревании до 80... 100 °С. Прочность при растяжении - 35...50 МПа. Полистирол хорошо растворяется в ароматических углеводородах, сложных эфирных и хлорированных углеводородах; горюч и хрупок; стоек к действию многих агрессивных веществ: щелочей, серной и других кислот; светопроницаем, светостоек.

Сырьем для получения служит стирол - прозрачная желтая воспламеняющаяся жидкость, вырабатываемая при гидролизе нефти или сухой перегонке угля. Стирол легко полимеризуется под действием солнечного света и теплоты. Полистирол вьтускают в виде прозрачных листов, гранул, бисера или белого порошка.

В строительстве полистирол применяют для изготовления теплоизоляционного материала - пенополистирола плотностью 10.. .50 кг/м3, облицовочных плиток и мелкой фурнитуры. Раствор полистирола в органических растворителях - хороший клей.

Блок - сополимер бутадиена и стирола (СБС) - это твердая резина, которая используется для модификации битума покровного слоя в гидроизоляционных материалах.

Поливинилацетат, (-CH2-CH-) получают полимеризацией винилацетата. Это прозрачный, жесткий при комнатной температуре полимер плотностью 1190 кг/м3. Поливинилацетат растворим в ацетоне, сложных эфирах, хлорированных и ароматических углеводородах, набухает в воде. Его положительное свойство - высокая адгезия к каменным материалам, стеклу и древесине.

В строительстве поливинилацетат применяют в виде поливи-иилацетатиой дисперсии (ПВАД) - сметанообразной массы белого или светло-кремового цвета, хорошо смешивающейся с водой. ПВАД получают полимеризацией жидкого винилацетата, находящегося в виде мельчайших частиц (менее 5 мкм) в воде. При этом капельки винилацетата превращаются в твердые частицы по-ливинилацетата. Стабилизатором эмульсии является поливиниловый спирт. Содержание полимера в дисперсии-около 50 %.

Выпускается средней (С), низкой (Н) и высокой (В) вязкости в пластифицированном и не-пластифицированном видах. Пластификатором служит дибу-тилфталат, содержание которого указывается в марке индексом. В грубодисперсной ПВАД, обычно применяемой в строительстве, содержание пластификатора следующее (% от массы полимера): 5... 10 (индекс4), 10... 15 (индекс 7) и 30...35 (индекс 20).

Необходимо помнить, что пластифицированная дисперсия неморозостойка и при замораживании необратимо разрушается с осаждением полимера. Поэтому в зимнее время пластификатор поставляют в отдельной упаковке. Для пластификации пластификатор перемешивают с дисперсией и выдерживают 3...4 часа для его проникновения в частицы полимера. Непластифициро-ванная дисперсия выдерживает не менее четырех циклов замораживания-оттаивания при температуре до минус 40 °С. Срок хранения ПВАД при температуре 5.. .20 °С - 6 месяцев.

Поливинилацетат широко применяют в строительстве. Наличие полярной группы приводит к тому, что молекулы ПВАД обладают высокой адгезией к полярным поверхностям, в том числе и к компонентам бетона. На его основе делают клеи, водно-дисперсионные краски, моющиеся обои. ПВАД применяют для устройства наливных мастичных полов и для модификации цементных растворов (полимерцементные растворы и бетоны рассмотрены в 14ЛЗ). Дисперсией, разбавленной до 5...10%-й концентрации, грунтуют бетонные поверхности перед приклеиванием облицовки на полимерных мастиках и перед нанесением полимерцементных растворов.

Недостаток материалов на основе дисперсий поливинилацетата - гидролиз в щелочной среде с образованием поливинилового спирта и кислоты. Поскольку образующиеся продукты гидролиза хорошо растворимы в воде, материалы набухают и на них могут появиться высолы. Это объясняется наличием в дисперсиях заметного количества водорастворимого стабилизатора и способностью самого полимера набухать в воде. Так как дисперсия имеет слабокислую реакцию (рН 4,5...6), при ее нанесении на металлические изделия возможна коррозия металла.

Поливинилхлорид, (-СН2-СНС1-)„, - самый распространенный полимер в строительстве. Он представляет собой твердый материал без запаха, бесцветный или желтоватый (при переработке в результате термодеструкции может приобрести светло-коричневый цвет). Сырьем для получения поливинилхлорида (ПВХ) служит винилхлорид (хлористый винил) - бесцветный газ с эфирным запахом и наркотическим действием.

Плотность ПВХ - 1400 кг/м3, предел прочности при растяжении - 40...60 МПа. Благодаря высокому содержанию хлорида поливинилхлорид не воспламеняется и практически не горит. Температура текучести поливинилхлорида - 180...200 °С, но уже при нагревании выше 160 °С он начинает разлагаться с выделением хлористого водорода Это обстоятельство затрудняет переработку поливинилхлорида в изделия.

Поливинилхлорид хорошо совмещается с пластификаторами. Это облегчает переработку и позволяет получать пластмассы с самыми разнообразными свойствами: жесткие листы и трубы, эластичные погонажные изделия, мягкие пленки. Поливинилхлорид хорошо сваривается; склеивается он только некоторыми видами клеев, например перхлорвиниловым. Положительное качество поливинилхлорида - высокие химическая стойкость, диэлектрические показатели и низкая горючесть.

В строительстве поливинилхлорид применяют для изготовления материалов для полов (различные виды линолеума, пвх-плитки) и отдельных декоративных пленок и пенопластов.

Перхлорвинил - продукт хлорирования поливинилхлорида, содержащий 60...70 % по массе хлора (вместо 56 % в поливинилхлориде). Плотность перхлорвинила - около 1500 кг/м\ Он характеризуется очень высокой химической стойкостью к кислотам, щелочам, окислителям; трудносгораем. В отличие от поливинилхлорида перхлорвинил легко растворяется в хлорированных углеводородах, ацетоне, толуоле, ксилоле и других растворителях. Положительное качество перхлорвинила - высокая адгезия к металлу, бетону, древесине, коже и поливинилхлориду. Сочетание высокой адгезии и хорошей растворимости позволяет использовать перхлорвинил в клеях и окрасочных составах. Перхлорвиниловые краски благодаря высокой стойкости этого полимера используются для отделки фасадов зданий.

Полиакрилаты получают полимеризацией акриловой и метакриловой кислот и их производных. Наиболее широкое применение из полиакрилатов получили полиметилметакрилат, полиметилакрилат, полиэтилакрилат и полибутилакрилат. Это бесцветные, светостойкие, прозрачные полимеры. Полиметилметакрилат, например, называют еще органическим стеклом. По сравнению с обычным оно менее хрупко и легко обрабатывается. Изделия из органического стекла имеют относительно высокую прочность; предел прочности на сжатие достигает 160 МПа, при изгибе - 80... 140 МПа и растяжении до 100 МПа. Оно отличается исключительной прозрачностью и способно пропускать до 74 % ультрафиолетовых лучей. Используют органическое стекло для остекления зданий специального назначения, витрин магазинов, оранжерей, фонарей производственных цехов и т. п. Однако высокая стоимость этого полимера и недостаточная абразивостойкость ограничивают его применение в строительстве.

Акриловые полимеры широко используют в производстве лаков и красок как добавки при производстве сухих смесей.

Наука различает два вида полимеров – натуральные и синтетические. Синтетические полимеры получаются путем очистки, модификации, температурной обработки и разбавления натурального полимера. По отношению к нагреву полимеры могут быть термопластичными и термореактивными. Термопластичные полимеры становятся мягкими при нагревании, и вновь затвердевают при снижении температуры.

Полимер – длинная цепочка макромолекул, которые выстроены в одинаковые множественно повторяющиеся звенья. Эти звенья называют мономерами, они соединены в цепочку ковалентными химическими связями.

Полимеры отличаются большим количеством звеньев – от сотен до десятков тысяч. По своей молекулярной структуре полимеры делятся на:

линейные;
сетчатые;
разветвленные;
пространственные.

Линейные полимеры могут быть также и термопластичными. Это обусловлено их физическими свойствами по изменению структуры, пластичности при воздействии на них повышенных температур. Линейный полимер считаются более мягким и менее прочным чем разветвленный вид.

Термопластичные полимеры способны при нагревании становиться мягкими, а при охлаждении возвращаться в исходное состояние. Химические связи между молекулами не разрушаются, поэтому при многочисленном нагреве продукт не теряет своих свойств.

Свойства и применение

Термопластичными называют полимеры, которые при нагревании переходят из твердого состояния в мягкое, тягучее, а при охлаждении снова принимают твердую форму. Данные элементы получают реакцией полимеризации. Эта реакция проходит под большим давлением и без применения примесей. Реакция полимеризации стала возможна только благодаря современной химии и специализированной аппаратуре. Получить данный процесс в естественных условиях невозможно.

Свойства термопластичных полимеров вызваны способом соединения мономеров – соединение осуществляется в одном месте, в одном направлении. Другими словами, молекулы соединены между собой в линию при линейном виде, и в виде нескольких линий, сплетенных в паутину, при разветвленной структуре.

При нагревании эти связи слабеют, и полимер размягчается. Такая простота обработки обуславливает широкое применение материалу при производстве формовочных деталей и других сложных изделий.

Термопластичные полимеры хорошо плавятся, а также растворяются в реагентах и растворителях. При испарении растворителя материал твердеет и приобретает прежние свойства. Это качество применяется при производстве различных клеев, лаков, красок, герметиков, замазок и других строительных растворов, имеющих в своем составе полимеры.

Из термопластичных полимеров выделяют:

полиолефины;
полиамиды;
поливинилхлориды;
фторопласты;
полиуретаны;
поликарбонаты;
полиметилметакрилаты;
полистирол.

Полиоэфин

На основании полимеров, исходных веществ и способов обработки выделяют следующие окончательные продуты:

пластмассы;
волокниты;
пленки;
покрытия;
слоистые пластики;
клеи.

Самое широкое применение термопластичные полимеры получили в строительстве при изготовлении материалов для изоляции, органических стекол, пленок и покрытий различной плотности и толщины, тонких волокон, а также в качестве связующих основ для клеев, штукатурок и теплоизоляционных материалов.

Из полимеров изготавливают бутылки и различные по форме сосуды, тару, трубы, детали машин оргтехники, компьютеров и электронного оборудования. А также используют при производстве напольного покрытия — линолеума, плитки, плинтусов, отделочных декоративных пленок, настенных панелей и пластика.

Полиэтилен представляет собой прозрачный материал и считается самым распространенным полимером. Этот материал отличает высокая влагостойкость и газонепроницаемость. Он не пропускает воду, устойчив к кислотам, щелочам, солям и другим агрессивным элементам, хороший диэлектрик. Эластичность полиэтилена сохраняется даже при отрицательной температуре окружающей среды до отметки -70С градусов. Считается очень прочным и стойким материалом. Полиэтилен легко режется ножом, а при взаимодействии с огнем горит и одновременно плавится. К недостаткам также можно отнести слабую адгезию с минеральными соединениями и клеями, подверженность старению при попадании солнечного света и агрессивным факторам окружающей среды. При данных отрицательных фактах полиэтилен не теряет своих основных эксплуатационных свойств.

При изготовлении полиэтилена применяются термопластичные полимеры одного вида, а в результате различных обработок, получают совершенно различные по характеристикам типы полиэтилена. В зависимости от видов полимеризации различают три вида полиэтилена:

Полистирол

Полистирол – пример самого распространенного термопластичного полимера. На вид он бесцветный, прозрачный и твердый. Полистирол является более прочным и жестким материалом, имеет большую рабочую температуру использования и меньшую склонность к старению по сравнению с полиэтиленом. Считается хорошим электрическим изолятором и обладает высокой водоотталкивающей способностью. Очень стоек к щелочным и кислотным средам, не подвержен плесени и грибкам.

Структура пенополистирола
Пенополистирол

Полистирол хорошо растворяется в углеводородах, сложных эфирах. Он очень хрупкий и хорошо горит.

Для увеличения прочности полистирол соединяют с другими полимерами или каучуком. Готовые изделия и заготовки из полистирола легко поддаются обработке. Детали изготавливаются при помощи литья жидкого компонента либо способом выдавливания под давлением.

Из полистирола изготавливают лабораторную химическую посуду, трубки, нити, пленки и ленты. Широко используется материал в электротехнике при производстве изоляторов и, в первую очередь, защитной оболочки на электрические провода. Для промышленной дальнейшей обработки материал первоначально выпускается в листах и в виде крошки, которые в дальнейшем могут служить сырьем для конечных деталей и механизмов.

Полистирол популярен в процессе сополимеризации, когда смешивают два и более полимера. Получаются материалы, которым придаются дополнительные полезные свойства своих компонентов. Как правило, это прочность, огнестойкость, стойкость к растрескиванию. Жидкий полистирол с растворителем применяется при производстве клеев и клеевых основ. Широко используется в строительстве при производстве пенополистирола. Из данного материала выпускаются теплоизоляционные блоки.

Пенополистирол производят из эмульсионного полистирола методом прессовки.

Пенополистирол используется для теплоизоляции холодильных установок, продуктовых витрин и другого торгового оборудования. Данный материал внешне напоминает застывшую пену. Хорошо выдерживает повышенную влажность, не подвержен гниению, стоек к образованию бактерий и грибков. Может использоваться при температуре до + 70С градусов. Главный недостаток пенополистирола – повышенная горючесть.

Применяется как термо- и звукоизоляционный материал при производстве бытовок, а также различной бытовой и промышленной техники, в пищевой промышленности – для изоляции камер хранилищ, трюмов плавучих средств и помещений для хранения продуктов питания при отрицательных температурах до -35С градусов. Используется также в производстве упаковочного материала.

Еще один распространенный термопластичный полимер – полипропилен. В качестве исходного вещества для производства полимера используют – пропилен.

Имеет твердую, прочную структуру, устойчив к механическим воздействиям и к коррозийным процессам. Непрозрачный, как правило, белого цвета, не растворим в органических растворителях. Температура плавления +175С, а при 140 градусов продукт становится мягким на ощупь.

Полипропилен хорошо выдерживает механические нагрузки, не теряя при этом своих свойств. Необходимо отметить чувствительность материала к воздействию света — под действием солнечных лучей и воздуха полипропилен разлагается, теряет блеск, что приводит к ухудшению его механических и физических свойств.

Существует много сортов полипропилена, которые получаются при добавлении специальных присадок, добавок и каучуков. Он легко поддается механической обработке, удобен в уходе, этим обусловлено широкое использование пропилена в любой отрасли промышленного производства. Один из главных недостатков –слабая устойчивость к низким температурам. При температуре ниже -5С элемент становится хрупким. Таким образом, пригоден для использования внутри отапливаемых и закрытых помещений.

Применяется для производства пленок, упаковок, контейнеров для сыпучих продуктов и круп, одноразовой посуды. Из этого материала изготавливают трубы и фитинги, игрушки и канцелярию. При изготовлении изделий из полипропилена используются все известные способы обработки полимеров.

Другие распространенные термопластичные полимеры

Также можно выделить еще целый ряд полимеров, которые хорошо зарекомендовали себя в строительстве, робототехнике и производстве бытовых приборов, деталей и компонентов для них.

Поливинилхлорид широко применяется при производстве пластмасс, используемых в конечных изделиях в строительстве: линолеум и декоративная плитка, водопроводные трубы, плинтуса, запасные части, шестеренки, и других подвижные детали бытовых приборов и техники.

Поликарбонат – новый вид полимера, который нашел широкое применение при производстве электрических розеток и вилок напряжением 220 и 380 Вольт, а также корпусов бытовой техники.

Поливинилацетат – очень часто применяется в строительстве в виде связующих компонентов для лаков, красок, как пластификатор для цементных растворов.

Фторопласт – считается фторсодержащим полимером. Материал широко применяются в электро- и радиотехнике, при производстве водопроводных труб, вентилей и кранов, бытовых и промышленных насосов, медицинских инструментов и техники, в криогенных емкостях для нанесения на поверхность.

Фторопласт

Из всего сказанного можно сделать вывод, что повседневно нас окружают изделия, техника, посуда и приборы, которые изготовлены или содержат в своей основе термопластичные полимеры. Такую популярность им придают эксплуатационные свойства, такие как твердость, стойкость к кислотам и щелочам, долговечность, универсальность и легкость в обработке, малый вес и большой диапазон рабочих температур.

Нейтральный цвет всех полимеров позволяет с легкостью окрашивать заготовки и конечный продукт в любую желаемую палитру. Это дает возможность подбирать готовые изделия из пластмасс под цвет комнаты и интерьера любой формы и сложности исполнения.

К термопластичным полимерам относятся полиолефины, полиамиды, поливинилхлорид, фторопласты, полиуретаны.

Термопласты имеют невысокую температуру перехода в вязкотекучее состояние, хорошо перерабатываются литьем под давлением, экструзией и прессованием. Применяются термопласты в качестве изоляторов, химически стойких конструкционных материалов, прозрачных оптических стекол, пленок, волокон, а также в качестве связующих для получения композиционных материалов, лаков, клеев и др.

Полиэтилен представляет собой продукт полимеризации этилена. Это относительно твердый и упругий материал, без запаха, белый в толстом слое и прозрачный в тонком (см. образец 1.1). Полиэтилен легко перерабатывается различными методами, устойчив к ударным и вибрационным нагрузкам, агрессивным средам и воздействию радиации, обладает высокой морозостойкостью (до –70 °С). Полиэтилен склонен к старению при воздействии на него света. Для подавления необратимых процессов старения полиэтилена в него (как и в другие термопласты) вводят специальные добавки – стабилизаторы. Полиэтилен применяют для изготовления труб, литых и прессованных несиловых деталей, пленок, изоляции проводов и кабелей, а также в качестве защитных покрытий металлов от коррозии.

Полипропилен – производная этилена, жесткий нетоксичный материал с более высокими физико-механическими свойствами. По сравнению с полиэтиленом более теплостоек, сохраняет форму до 150 о С, однако морозостойкость ниже, до – 15 о С.

Применяется для изготовления труб, деталей автомобилей, мотоциклов, холодильников, корпусов насосов, емкостей, пленок (см. образец 1.2).

Поливинилхлорид (ПВХ) – аморфный полимер белого цвета, обладает высокими диэлектрическими свойствами, химической стойкостью, негорюч. Непластифицированный поливинилхлорид называется винипластом (см. образец 1.3). Винипласт имеет высокую механическую прочность и обладает хорошими электроизоляционными свойствами, легко формуется, хорошо поддается механической обработке, склеивается и сваривается, хрупок при отрицательных температурах (рабочий диапазон температур от – 10 до + 70 °С). При нагревании разлагается с образованием ядовитых веществ и при пожаре представляет значительную опасность. Из винипласта изготавливают различные изделия – краны, клапаны, задвижки, детали насосов, вентиляторов, облицовочную плитку, трубы и др.

Политетрафторэтилен – (фторопласт–4) является фторопроизводным продуктом этилена. В вязкотекучее состояние переходит при температуре 423 °С, прессование изделий производят при температуре 380 °С, т. к. при более высоких температурах выделяется токсичный фтор. Материал обладает высокой термостойкостью, стоек к действию кислот, щелочей, окислителей, растворителей. Фторопласт–4 имеет очень низкий коэффициент трения (f=0,04), сохраняет упругие свойства до 269 °С.

Фторопласт–4 применяется для изготовления: уплотнительных элементов, мембран, фурнитуры, работающих в агрессивных средах; антифрикционных покрытий на металлических изделиях; высокочастотной аппаратуры, кабелей, конденсаторов, тонких изоляционных пленок толщиной до 0,005 мм (см. образец 1.4).

Полистирол – твердый, жесткий, прозрачный полимер (пропускает 90 % света), обладает хорошими диэлектрическими свойствами, обладает высокой химической стойкостью, хорошо склеивается и окрашивается. Имеет низкую теплостойкость (до 80 0 С) и ударную вязкость. Для повышения вязкости производят сополимеризацию стирола с каучуками. Применяется для изготовления химически стойких сосудов, деталей электротехнического назначения (корпуса телевизоров, радиоприемников, телефонных аппаратов, магнитофонов), для получения электроизоляционных пленок для радиодеталей, нитей, а также упаковочной пленки. Из него изготовляют (см. образцы 1.5) предметы домашнего обихода, детские игрушки, школьно-канцелярские принадлежности (авторучки и пр.), тару для упаковки, трубы, внутреннюю отделку холодильников (морозоустойчивость до –70 °С), облицовочные материалы для внутренней отделки помещений, салонов автомобилей и т. д.

Полистирол, полученный эмульсионным методом, используется для производства пенопластов, применяемых в качестве термоизоляционного материала в строительстве, при изготовлении холодильников, а также для упаковки.

Полиметилметакрилат – (органическое стекло) – прозрачный полимер (пропускает 92 % света), стойкий к действию разбавленных кислот и щелочей, бензо- и маслостоек, морозостоек (до –60 °С), растворяется в органических растворителях, ароматических и хлорированных углеводородах. При температуре +105…+150 °С пластичен. Перерабатывается литьем под давлением, экструзией. Имеет невысокую твердость. Применяется для изготовления светотехнических изделий, оптических линз, радиодеталей (см. образец 1.6).

Полиамиды – (капрон, нейлон и др.) – полимер, обладающий хорошими механическими свойствами, высокой износостойкостью. Полиамиды не набухают в масле и бензине, не растворяются во многих растворителях, стойки к ударным нагрузкам и вибрациям. Используются с наполнителями, в качестве которых применяется стекловолокно до 30 % или графит до 10 %. Применяются для изготовления канатов, зубчатых колес, звездочек цепных передач, колес центробежных насосов, подшипников скольжения, а также нанесения защитных покрытий на металлах (см. образец 1.7).

Полиуретаны – полимеры, обладающие высокой эластичностью, морозостойкостью (до –70 °С), износостойкостью, устойчивы к действию разбавленных органических и минеральных кислот и масел. Применяются для изготовления труб, шлангов, уплотнителей, приготовления клеев для склеивания металлов, стекла, керамики (см. образец 1.8).

Полиэтилентерефталат (лавсан) – полиэфир, обладающий высокими прочностными свойствами, устойчивый к действию ультрафиолетовых и рентгеновских излучений, негорюч, диапазон рабочих температур от – 70 до + 255 °С, в 10 раз прочнее полиэтилена, хорошо сваривается и склеивается. Лавсан применяется для теплостойкой изоляции обмоток трансформаторов, электродвигателей, кабелей, деталей радиоаппаратуры, а также в качестве корда в ременных передачах, в покрышках, различных транспортерных лентах, основы магнитофонных лент, в качестве материала (ПЭТФ) бутылок для напитков (см. образцы 1.9).

Поликарбонат – полиэфир угольной кислоты, после быстрого охлаждения приобретает аморфную структуру и становится стеклообразным. Обладает высокими прочностью, ударной вязкостью, гибкостью, химически стоек. Из него изготавливают небьющуюся посуду, а также шестерни, подшипники и др. детали.

13.2 Термореактивные полимеры

Фенолоформальдегидные смолы – представляют собой продукты поликонденсации фенолов с формальдегидом. Фенолоформальдегидные смолы обладают высокими атмосферо- и термостойкостью, хорошими электроизоляционными свойствами, стойки к действию большинства кислот, за исключением концентрированной серной кислоты и кислот-окислителей (азотной, хромовой) (см. образец 2.1).

Эпоксидные смолы – олигомеры или мономеры, содержащие в молекуле не менее двух эпоксидных групп, способные превращаться в полимеры пространственного строения. Для холодного отверждения эпоксидных смол применяют в качестве отвердителей алифатические полиамины (полиэтиленполиамин, 5...15 % от массы смолы). Длительность отверждения 24 ч. Для горячего отверждения применяют ароматические ди- и полиамины. Отверждение проводят при температуре 100–180 °С в течение 16–4 ч. Прочность, химическая стойкость и теплостойкость эпоксидных компаундов при горячем отверждении выше, чем при холодном. Эпоксидные смолы обладают высокой адгезией к металлам, стеклу, керамике и другим материалам (см. образец 2.2).