Термопластичные пластмассы

Термопластичные пластмассы

Полиэтилен, полистирол, поливинилхлоридные пластики (винипласт и др.), фторопласты, полиамидные смолы, органическое стекло. Обладают малой термостойкостью (80…100 0С) (фторопласт 200…250 0С), высокими электроизоляционными свойствами, водостойкостью, химической стойкостью. Легко обрабатываются резанием, склеиваются, свариваются.

Полиэтилен

Продукт полимеризации этилена:

n(CH2 = CH2) -> - СН2 - СН2 - СН2 - СН2 -.

      этилен              полиэтилен

Молекулярный вес около 20000, плотность 0,92 г/см3σВ = 65...100 МПа, относительное удлинение d =150...500 %. Пластичность сохраняется до низких температур (минус 70 0С). Полиэтилен водо- и химически стоек. Имеет высокие диэлектрические свойства.

По плотности полиэтилен подразделяют на полиэтилен низкой плотности, получаемый при полимеризации при высоком давлении (ПЭВД), содержащий 55...65 % кристаллической фазы, и полиэтилен высокой плотности, получаемый при низком давлении (ПЭНД), имеющей кристалличность до 74...95 %. Чем выше плотность, тем выше прочность и теплостойкость. Длительно можно применять его при температуре 60...100 0С.

Недостатком полиэтилена является его подверженность старению. Под старением полимерных материалов понимается самопроизвольное необратимое изменение важнейших технических характеристик, происходящее в результате сложных химических и физических процессов, развивающихся в материале при эксплуатации и хранении.

Причинами старения являются свет, теплота, кислород, озон и другие немеханические факторы. Старение ускоряется при многократных деформациях, повышенной температуре. Как правило, повышается твердость, хрупкость, наблюдается потеря эластичности.

Изготавливают коррозионно-стойкие трубы, тройники, уплотнения, прокладки, шланги, пленки, оболочки контейнеров и емкостей для хранения сильных кислот, электроизоляторы.

Полистирол

Продукт полимеризации стирола при 70 0С в присутствии катализаторов:

Полистирол -твердый, жесткий, прозрачный, аморфный полимер. Удобен для механической обработки, хорошо окрашивается, растворим в бензоле. Недостатками являются невысокая теплостойкость, склонность к старению, образованию трещин. Набухает в бензине. Стоек к действию щелочей, солей, низших спиртов, минеральных масел. Полистирол марки Д имеет плотность 1,05 г/см3, массу 106, σв = 35...40 МПа, d = 0,6 %. Очень хрупкий, но имеет исключительно высокие диэлектрические свойства и полную влагостойкость.

Ударопрочный полистирол представляет собой блоксополимер стирола с каучуком (УПС). Он имеет в 3...5 раз более высокую ударную вязкость и в 10 раз более высокое относительное удлинение по сравнению с обычным полистиролом. Используется в основном в электротехнике для изготовления электроизоляции, сосудов для воды и химикатов, труб и др.

Хлорвиниловые пластмассы

Полимеризация венилхлорида (хлорвинила):

СН = СН + НСl -> СН2 = СНСl

ацетилен        винилхлорид

n × (CH2 = CHCl) -> ...-CH2 -CHCl -CH2 -CHCl-...

винилхлорид         поливинилхлорид

Пластики этого типа:

  1. Поливинилхлоридный пластикат - плотность 1,2 - 1,6 г/см3σв =10...20 МПа, d = 100…280 %, мягкий, непрозрачный, морозостойкий (от минус 15 0С до минус 50 0С), стоек к действию воды, масла, кислот, обрабатывается резаньем, склеивается, сваривается. Имеет высокие диэлектрические свойства. Не поддерживает горение. Применяется для изоляции проводов и кабелей, уплотнительных прокладок.
  2. Упаковочная полихлорвиниловая пленка (добавляется стеарат кальция и пигменты), плотность 1,2...1,35 г/см3 σв =2,5 МПа, d -  до 200 %. Сваривается, склеивается, режется.
  3. Винипласт (стабилизируется углекислыми солями некоторых металлов), красно-коричневый, непрозрачный, твердый материал. Не растворяется в бензине, керосине, масле, устойчив к действию кислот, щелочей и окислителей.

Плотность равна 1,4 г/см3σв =40...60 МПа, d=10...25 %. Рабочая температура не выше 60…70 0С. Применяется в качестве антикоррозионного, электроизоляционного и конструкционного материала. Изготовляют трубы, детали вентиляционных установок, теплообменников, защитные покрытия, металлических емкостей, строительные, облицовочные плитки.

Фторопласты

Получают полимеризацией непредельных галоидных производных этилена:

n × (СF2 = СF2) -> …-СF2 – СF2 – СF2 – СF2 -…

тетрафторэтилен     фторопласт (тефлон)

Фторопласты белого цвета имеют плотность 2,1...2,3 г/см3, белого цвета. Абсолютная стойкость к действию агрессивных сред (концентрированная HNO3, царская водка, щелочи, окислители). Обладает большой эластичностью, морозостойкостью, диэлектрическими свойствами.

Фторопласт-4 имеет σв = 16...25 МПа, d= 250…300 %, размягчается при нагреве выше 400 0С, может эксплуатироваться в интервале температур от минус 195 0С до 250 0С. Является аморфно-кристаллическим полимером. Практически он разрушается только под действием расплавленных щелочных металлов и элементарного фтора, кроме того, пластик не смачивается водой. Это наиболее высококачественный диэлектрик. Имеет очень низкий коэффициент трения (f = 0,04), который не зависит от температуры. При высокой температуре нагрева выделяется токсичный фтор. Применяют для изготовления труб, вентилей, кранов, насосов, уплотнительных прокладок, антифрикционных покрытий на металлах (подшипники, втулки).

Фторопласт-3 - эмульсионный полимер трифтормонохлорэтилен (-СF2 = СFСl-) × n - Фторлон - 3. Введение атома хлора снижают диэлектрические свойства, но появляется пластичность.

По химической стойкости сходен с Фторопластом-4, но более прочен и менее термостоек, работает от минус 195 0С до 70 0С.

Фторопласт-3М обладает большей теплостойкостью - до 170 0С, более эластичен и легче формуется, чем Фторопласт-3. Изготавливают трубы, шланги, клапаны, защитные покрытия металлов и др.

Органическое стекло (плексиглаз)

Продукт полимеризации сложных эфиров акриловой (СН2=СН×СООН) и метакриловой [СН2=С(СН3)×СООН] кислот. Иногда вводят пластификаторы – дибутилфталат:


Оргстекло прозрачно, обладает морозостойкостью и малой огнеопасностью, склеивается, сваривается, шлифуется, обрабатывается резанием. Более чем в 2 раза легче минеральных стекол.

Стекло СОЛ (стекло органическое листовое) может эксплуатироваться от минус 60 0С до 60 0С. Стекло СТ-1-от минус 60 0С до 140 0С, Т-2-от минус 55 0С до 250 0С. Для более высоких температур используют силикатные стекла, прозрачные ситаллы, кварцевые стекла - до 1000 0С.

Органическое стекло стойко к действию разбавленных кислот и щелочей, углеводородных топлив и смазочных материалов. Из него изготовляют светотехнические детали, оптические линзы и т.д.

Пентапласт

Является хлорированным простым полиэфиром. Он более устойчив к нагреву по сравнению с поливинилхлоридом. Прочность близка к прочности винипласта, но выдерживает температуру 180 0С. Хорошо формуется, стоек к истиранию, водостоек, имеет удовлетворительные электроизоляционные свойства. Из пентапласта изготавливают трубы, клапаны, детали насосов, емкости, пленки и защитные покрытия на металлах.