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

4 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

22002. Франция в XI-XV вв. 269.5 KB
  Серв получал свободу только через отпуск для чего требовалась еще и санкция вышестоящего сеньора или короля. должность графа равно как и прочие бенефиции полученные от короля становилась наследственным достоянием их обладателей. на дворянский отряд осуществлявший в Бовези реквизицию продуктов у крестьян стали осаждать рыцарские замки сжигать или захватывать поместья было разрушено не менее 100 замков или домов уничтожать списки повинностей и требовать истребления всех дворян кроме короля. Города разными путями добивались...
22003. Франция в XVI-XVIII вв. 183 KB
  Во Франции в XVIXVII вв. Парижский бассейн – самая развитая область Франции урожайность – 15 цт с 1 га сам5; на юге – чуть ниже; трехполье; для сравнения – урожайность в Англии составляла 13 цт с 1 га. в некоторых местностях Северной Франции появилась новая форма аграрных отношений – краткосрочная аренда более или менее крупных земельных комплексов. – климат характеризуется потеплением и преобладанием урожайных лет над неурожайными а война велась вне пределов Франции и сопровождалась умеренным ростом налогов.
22004. Україна у складі Російської та Австро-Угорської імперій (кінець ХVІІІ – початок ХХ ст.) 56 KB
  Український суспільно-політичний рух опирався не тільки на внутрішні джерела, а й на зовнішні чинники. Йдеться, зокрема, про відчутний вплив на цей рух Французької революції, зокрема її концепції вільної нації.
22005. Чехия в XI-XV вв. 127.5 KB
  Леса – хвойные Чехии смешанные Словакия. В Чехии со второй четверти XII в. – конец династии Пшемысловичей борьба за престол и утверждение в Чехии Люксембургов 1310 г. Во главе деревни стоял наследственный староста – в Чехии – рижстарж в Польше – солтыс войт.
22006. Швейцария в XVI в. 52.5 KB
  Торговля содействовала развитию кредита так как Цвингли и Кальвин отвергли запрет . Ульрих Цвингли 14841531 сын сельского старосты окончил латинскую школу в Берне в Базельском и Венском университетах связан с Эразмом магистр свободных искусств увлекался гуманистическими штудиями. У Цвингли не было ничего из мистического созерцания Лютера. Цвингли свои взгляды изложил в 67 тезисах 1523 г.
22007. Япония в III-VIII –XII вв. 64 KB
  Заселение овов Японии началось давно. в Японии образовался племенной союз занимавший ов Кюсю или по мнению других южную часть ова Хонсю провинции Ямато Коти Эцу. По синтоизму – японская нация ведет свое происхождение от богиги Солнца Аматэрасу потомком которой был легендарный император Японии Дзиммутэнно 660 г. Особенность исторического развития Японии состоит в том что первобытнообщинный строй трансформировался в феодальный минуя рабовладельческий.
22008. Япония в XIV-XVI вв. 78 KB
  Таким образом появление новой сёгунской династии не означало централизации страны. Вся остальная часть страны находилась в руках местных феодалов. Посевы хлопчатника до этого сеяли эту культуру только в южной части страны появились и в восточной части страны. Встал вопрос об объединении страны.
22009. Международные отношения в средние века. Итальянские войны 116.5 KB
  Примером является империя Карла V. Таким образом накануне похода Карла VIII Италия разделилась на 2 лагеря – Милан Венеция Рим – с одной стороны и Неаполь Флоренция – с другой. Флорентийцы восстали и изгнали Медичи Флоренция встретила Карла VIII не как завоевателя а как союзника хотя и пришлось выполнить ряд тяжелых условий – выплатить 120. Задача флорентийского правительства Пьетро Каппони видело главную задачу в том чтобы скорее выпроводить Карла VIII из Флоренции и из Тосканы.
22010. Нидерландская буржуазная революция 133 KB
  Расширялось стойловое содержание скота Голландия а ломовые лошади из Голландии Фрисландии Зеландии шли даже на экспорт. они исполнялись с непреклонной жестокостью и среди уголовных приговоров суда Голландии 2030х гг. Флот одной Голландии в 60 г. Среди городов Голландии на первое место постепенно выдвигается Амстердам по объемам морского флота мореходства рыболовства он перегнал все остальные города.