36664

Термореактивные полимеры и материалы на их основе

Лекция

Производство и промышленные технологии

Термореактивные полимеры (смолы) применяются в качестве связующих веществ, в которые вводят обычно отвердители, наполнители, пластификаторы и другие модифицирующие добавки. Основными требованиями к связующим веществам являются: высокая клеящая способность (адгезия)

Русский

2014-12-19

59.5 KB

6 чел.

Лекция 3

2.2 Термореактивные полимеры и материалы на их основе

Термореактивные полимеры (смолы) применяются в качестве связующих веществ, в которые вводят обычно отвердители, наполнители, пластификаторы и другие модифицирующие добавки. Основными требованиями к связующим веществам являются: высокая клеящая способность (адгезия), химическая стойкость, теплостойкость, хорошие электроизоляционные свойства и другие. В производстве пластических масс, композитов, клеев, лакокрасочных материалов и покрытий, компаундов и других видов материалов наиболее широко используются фенолоальдегидные, эпоксидные, полиэфирные и кремнийорганические смолы.

Фенолоформальдегидные смолы (ФФС)

  Фенолоформальдегидные смолы (ФФС)  получаются путем реакции поликонденсации фенола и формальдегида. В зависимости от количественного 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 ( HCl, H2 SO4 ). В новолачных смолах фенольные ядра связаны только метиленовыми мостиками:

         OH                         OH               OH                 OH

                                                                                  

(n+1)  О   + n  CH2O      О    - CH2 -   Î     - CH2  -   О  + nH2O

 

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

При обработке уротропином - ( СН2)6 N4 или формальдегидом новолачные смолы переходят в неплавкое и нерастворимое состояние.

Резольные смолы (РС) получают поликонденсацией фенола с избытком формальдегида в основной среде (КОН, NаОН):

    OH               OH                OH

                                             

OH - H2C   О    -СH2 -    О      - СH2   - О    - CH2 - OH

                                                                   

                      CH2OH                                 CH2OH

Резольные смолы - смесь линейных и разветвленных олигомеров с молекулярной массой от 400 до 1000.

РС содержат достаточное количество собственных реакционноспособных (метилольных) групп – СН2ОН и поэтому они отверждаются самопроизвольно при нагревании.

Резольные и новолачные смолы заметно отличаются по свойствам в исходном состоянии и в процессе отверждения, но мало отличаются по свойствам в отвержденном состоянии. Механические и электроизоляционные свойства у резитов полученных из РС выше, чем у резитов, полученных из НС с уротропином и поэтому новолачные смолы с уротропином применяют для изготовления деталей менее ответственного назначения.

Новолачные смолы применяют для изготовления пресс-порошков, пресс-материалов с волокнистым и листовым наполнителем, изоляционных твердеющих мастик, пенопластов и др. материалов. В этих случаях вводятся уротропин (4- 15 %), который является отвердителем при нагревании до 1500 – 1800 С.

Резольные смолы при хранении на холоде переходят в неплавкое и нерастворимое состояние, а при нагревании быстро отверждаются. РС применяются для производства слоистых пластиков (гетинакс, текстолит), электроизоляционных пресс-порошков, ударопрочных материалов, замазок, клеев.

Из фенолоформальдегидных пресс-порошков, пресс-материалов с волокнистым и листовым наполнителем получают пластические массы - фенопласты.

Эпоксидные смолы

Эпоксидные  смолы  (ЭС),  содержащие  в  молекулах  две или более окисные группы типа,    С – С    ,  включают  множество  разнообразных

                                 O 

соединений.

        Чаще  всего они являются сравнительно низкомолекулярными полимерами (олигомерами), которые переходят в неплавкое и нерастворимое состояние под влиянием веществ, химически с ними взаимодействующих (отвердителей) и катализаторов.

Основными среди них являются ароматические эпоксидные смолы, получаемые на основе дифенилолпропана и эпихлоргидрина, имеющие следующую формулу:

         Н2С - СН - СН2 - R - СН2 - СН - СН2

            \     /                                   \    /

              O                                       O

где R- радикал.

Отличительной особенностью ЭС является их способность отверждаться как при нагревании, так и при обычной температуре.

В отвержденном состоянии ЭС обладают комплексом ценных свойств: механической прочностью, химической стойкостью, высокой адгезией к различным материалам, хорошими диэлектрическими свойствами, малой усадкой, высокой нагревостойкостью.

В зависимости от типа отвердителя отверждение ЭС может производиться  либо при нагреве (обычно до 80 - 1500С), либо при комнатной температуре (холодное отверждение). Отверждение может проводиться без внешнего давления или при повышенном давлении.

Наиболее распространенными отвердителями для холодного отверждения являются азотосодержащие вещества (амины), а для отверждения при нагреве - ангидриды органических кислот и др.

ЭС применяются для изготовления пропиточных и заливочных компаундов, клеев, лакокрасочных материалов, пластмасс, волокнистых композиционных материалов, слоистых пластиков и т.п.

Полиэфирные смолы

Полиэфирные смолы (ПЭС) представляют собой растворы ненасыщенных полиэфиров с  молекулярной   массой   700-3000  в мономерах или  олигомерах, способных к сополимеризации с этими полиэфирами.

Основная масса промышленных полиэфирных смол представляют собой продукты поликонденсации гликолей с малеиновым и фталевым ангидридами.

 … - О - С - СН = СН - С - О - …

                                             ||                       ||

                                             О                     О

ПЭС отверждают, сополимеризуя их с различными мономерами, например со стиролом, или со способными к  сополимеризации олигомерами, которые служат одновременно и растворителями и отвердителями. Отвержденние ПЭС осуществляется за счет разрыва двойной связи между атомами углерода в цепи как при обычной, так и повышенной температурах (80 - 1500С) в присутствии различных инициаторов (перекисных и других соединений).

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, мол. массы, условий сополимеризации и других факторов. Одним из важнейших свойств ПЭС - теплостойкость, которая возрастает при увеличении плотности сшивки.

ПЭС обладают ценным комплексом свойств: небольшой вязкостью, способностью отверждаться при обычной и повышенной температурах без выделения побочных продуктов, а материалы на их основе в отвержденном состоянии характеризуются высокими механическими 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.

Кремнийорганические смолы

Кремнийорганические смолы представляют собой элементорганические соединения, состоящие из неорганических цепей с органическими боковыми группами. Главные цепи этих соединений состоят из чередующихся атомов кремния и кислорода, азота, серы, металлов и т.д.

К наиболее распространенным кремнийорганическим полимерам относятся:

                                                 R 

                                                  |

Полиорганосилоксаны    …- Si - O - …

                                                  |

                                                 R                                        

Кремнийорганические смолы отверждаются при введении отвердителей и катализаторов по механизму поликонденсации при повышенных температурах (2500С).

Основными преимуществами кремнийорганических пластмасс является высокая термостойкость, радиопрозрачность и стабильность диэлектрических свойств при температурах до 3000С.

В качестве наполнителей в кремнийорганических материалах используют неорганические (минеральные) порошкообразные наполнители (двуокись титана, кварцевая мука и т.п.), асбест, стеклянные, кремнеземные и кварцевые волокна и ткани на основе этих волокон.

Кремнийорганические связующие используют для получения пресс-материалов, стеклотекстолитов, компаундов, лакокрасочных и других видов материалов.

Стеклотекстолиты способны длительно (2000 час.) работать при 3000С и кратковременно (5-30 мин.) - при 600-7000С без изменения свойств и обладают удовлетворительными  механическими и хорошими диэлектрическими свойствами.

Широкое применение кремнийорганические смолы нашли в производстве герметиков, заливочных и пропиточных компаундов, а также композиций различного назначения.

2.3. Газонаполненные пластики

Г а з о н а п о л н е н н ы е  п л а с т м а с с ы  - гетерогенные дисперсные системы, состоящие из твердой и газообразной фаз. Структура таких пластмасс образована твердым полимером - связующим, которое формирует стенки элементарных ячеек или пор с распределенной в них газовой фазой - наполнителем.

В зависимости от физической структуры газонаполненные пластмассы делятся на две группы:

1. Пенопласты - материалы с ячеистой структурой, в которых газообразные наполнители изолированы друг от друга и от окружающей среды тонкими слоями полимерного связующего.

2. Поропласты (губчатые материалы) с открытопористой структурой, вследствие чего газообразные включения свободно сообщаются друг с другом и с окружающей атмосферой.

Поропласты имеют большое водопоглощение и несколько худшие электроизоляционные свойства, но они лучше глушат звуки различных частот и обладают лучшими демпфирующими свойствами. Различают эластичные, полужесткие и жесткие пеноматериалы. Вспененные пластмассы получают в виде блоков или формованных деталей.

Полимерные связующие могут быть как термореактивными (фенолоформальдегидные, эпоксидные, полиуретановые смолы), так и термопластичными (ПС, ПВХ, ПЭ и др.).

Наиболее широкое применение получили пенопласты. Образование пенистой структуры достигается: а) введением специальных газообразователей (парафоров), разлагающихся при нагревании; б) вспениванием жидкой смолы путем продувки воздухом, азотом; в) самовспениванием жидких компонентов, когда при их взаимодействии образуется твердая масса и одновременно выделяются газы.

Природа полимера мало влияет на диэлектрическую проницаемость пенопластов, но значительно сказывается на tg . Диэлектрические показатели зависят также от природы других компонентов, входящих в композицию (поверхностно-активных веществ, газообразователей, пластификаторов, наполнителей и др.).

Пенопласты обладают обычно анизотропией механических свойств, обусловленной в основном вытянутой формой ячеек и ориентацией их стенок в направлении течения композиции при вспенивании. Степень анизотропии зависит от способа получения. Например, свободное вспенивание композиции приводит к образованию направленных ячеистых структур, а вспенивание в замкнутых объемах позволяет получать пенопласты с более изотропными свойствами.

Для повышения жесткости и прочности пенопласты армируют листовыми материалами (слоистыми пластиками, металлом), металлическими прутками, проволокой, сеткой, сотами.

Наиболее распространенными термопластичными пенопластами являются пенополистирол и пенополивинилхлорид, которые могут быть использованы при температурах 600 С.

Термореактивные на основе ФФС пенопласты работают до температуры 120 - 1600 С.

Термостоек пенопласт К-40 на кремнийорганическом связующем, который выдерживает кратковременно температуру 3000  С.

Представителями самовспенивающихся материалов являются пенополиуретан и пенополиэпоксид.

Пенопласты используют как тепло- и звукоизоляционный материал. Пенополиуретаны и пенополиэпоксиды применяются для заливки  деталей электронной аппаратуры. Они используются также в авиастроении.

        Поропласты обладают повышенной звукопоглащаемостью (70 - 80%) на технических частотах.

Контрольные вопросы

1. Основные требования к связующим  на основе термореактивных смол.

2. Реакции получения фенолоформальдегидных смол (ФФС).  

3. Свойства  и применение фенолоформальдегидных смол.

4. Эпоксидные смолы. Структура, свойства и применение.

5. Полиэфирные смолы. Структура, свойства и применение.

6. Основные преимущества кремнийорганических пластмасс.

7. Что представляю собой газонаполненные пластики?

8. На какие группы, в зависимости от физической структуры, делятся газонаполненные пластмассы?

9. За счет чего достигается образование пенистой структуры в газонаполненных пластмассах?

10. Свойства и применение газонаполненных пластиков.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

74844. Житие протопопа Аввакума, им самим написанное. Автобиография «Жития». Демократизм и публицистичность «Жития». Традиция и новаторство в жанре Жития 21.16 KB
  Житие протопопа Аввакума им самим написанное. Аввакум так определяет рамки своего повествования. Центральная тема жития тема личной жизни Аввакума неотделимая от борьбы за древлее благочестие против Никоновых новшеств.
74845. Публицистика петровского времени. Юности честное зерцало 14.87 KB
  Зерцало было издано в соответствии с духом петровских реформ когда основу всей книгопечатной продукции составляли разного рода руководства и наставления. Вторая часть это собственно зерцало то есть правила поведения для младых отроков и девушек дворянского сословия.
74846. Екатерина II. «Всякая всячина». Н.И. Новиков, его литературные труды и сатирические журналы. Сатира на лица и на пороки 16.52 KB
  Новиков его литературные труды и сатирические журналы. Предполагают что свои материалы в журнал посылали Фонвизин князь Щербатов и даже Новиков. Новикова. В Трутне под подписью Правдолюбов Новиков упрекает Екатерину.
74847. Классицизм как литературное направление. А.Д. Кантемир, В.К. Тредьяковский, М.В. Ломоносов 15.87 KB
  Сын астраханского священника он подобно Ломоносову охваченный жаждой знаний ушел из родительского дома учился в Славяно-греколатинской академии а затем за границей в Сорбонне. Одновременно с Ломоносовым был удостоен звания профессора Академии наук. Как поэта его при жизни затмили Сумароков и Ломоносов.
74848. Творчество Д.И. Фонвизина. «Недоросль» 14.62 KB
  Фонвизина Недоросль создателя подлинно самобытной национальной комедии который заложил внутри этой системы основы критического реализма. В комедии сочетаются яркие и правдивые сцены из жизни поместного дворянства и страстная проповедь просветительских идей об обязанностях правительства прямого честного гражданина. Хотя в основе сюжета лежит любовный конфликт стремление героев жениться на богатой наследнице все же основной конфликт комедии намного глубже. Другая проблема комедии истинное и ложное воспитание.
74849. А.Н. Радищев. Путешествие из Петербурга в Москву 14.28 KB
  Наиболее известное произведение Александра Радищева. Опубликовано в Российской империи в мае 1790 года. Работа печаталась без указания автора в домашней типографии Радищева. Роман представляет собой собрание разрозненных фрагментов, связанных между собой названиями городов и деревень, мимо которых следует путешественник. Автор рисует картины современной ему России, уделяя основное внимание положению крепостных крестьян...
74850. Просветительство и сентиментализм конца ХVIII века. Н.М. Карамзин. Его проза и поэзия 14.72 KB
  Сентиментализм Карамзина оказал большое влияние на развитие русской литературы. Поэзия Карамзина развившаяся в русле европейского сентиментализма кардинально отличалась от традиционной поэзии его времени воспитанной на одах Ломоносова и Державина...
74851. И.А. Крылов – баснописец. Традиции сатирической литературы XVIII века. Своеобразие авторской позиции, проблема народности басен 15.46 KB
  Крылов баснописец. Сюжеты ряда басен Крылова восходят к басням Лафонтена который в свою очередь заимствовал их у Эзопа Федра и Бабрия хотя немало и оригинальных сюжетов. Многие выражения из басен Крылова стали крылатыми. Жанр басни под пером Крылова заметно изменился.
74852. Основные течения в романтизме. Элегический романтизм В.А. Жуковского и К.Н. Батюшкова 15.87 KB
  Романтики выдвигали принцип творчества, основанного на вдохновении, утверждали приоритет гения в искусстве. В романтическом искусстве больше всего ценилась свободная поэтическая индивидуальность. Романтизм – сложное историко-литературное явление: Жуковский понимал романтизм иначе, чем Рылеев. Отрицая жизнь в тех формах, в которых она существовала, романтики либо уходили в себя, творили в себе свой «антимир», мир мечты и поэзии (романтизм Жуковского);