Материалы, получаемые на основе полимеров

На основе полимеров получают волокна. К волокнообразующим полимерам относятся полиамиды, полиакрилонитрилы и др.

Полимерные пленки получают из растворов полимеров. Пленки используют в качестве электроизоляционного и упаковочного материала, для защиты металлических изделий от коррозии.

Лаки – растворы пленкообразующих веществ в opганических растворителях. Кроме полимеров лаки содержат вещества, повышающие пластичность (пластификаторы), растворимые красители, отвердители и др. Применяются для электроизоляционных покрытий, а также в качестве основы грунтовочного материала и лакокрасочных эмалей.

Клеи – композиции, способные соединить различные материалы вследствие образования прочных связей между их поверхностями и клеевой прослойкой. Синтетические органические клеи составляются на основе мономеров, олигомеров, полимеров или их смесей. В состав композиции входят отвердители, наполнители, пластификаторы и др. Клеи подразделяются на термопластические, термореактивные и резиновые.

Пластмассы – это материалы, содержащие полимер, который при формировании изделия находится в вязкотекучем состоянии, а при его эксплуатации – в стеклообразном. Все пластмассы подразделяют на реактопласты итермопласты. К реактопластам относятся материалы на основе фенолформальдегидных, мочевиноформальдегидных, эпоксидных и других смол. К термопластам относятся материалы на основе полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полистирола, полиамидов и других полимеров. Кроме полимеров в состав пластмасс могут входить пластификаторы, стабилизаторы, красители, наполнители. Пластификаторы снижают температуру стеклования и повышают текучесть полимеров, антиоксиданты замедляют их деструкцию, наполнители улучшают физико-механические свойства. В качестве исполнителей применяют порошки (графит, сажа, мел, металл и т.д.), бумагу, ткань.

Композиционные материалы (композиты) состоят из полимерной основы, армированной наполнителем в виде высокопрочных волокон или нитевидных кристаллов. Армирующие волокна и кристаллы могут быть металлическими, полимерными, неорганическими, например, стеклянными, карбидными, нитридными, борными Армирующие наполнители в значительной степени определяют механические, теплофизические и электрические свойства полимеров. Многие композиционные полимерные материалы по прочности не уступают металлам.

Стеклопластики, армированные стекловолокном, обладают высокой механической прочностью и хорошими электроизоляционными свойствами. Углепластики, армированные углеродными волокнами, сочетают высокую прочность и вибропрочность с повышенной теплопроводностью и химической стойкостью. Боропластики имеют высокую твердость и низкую ползучесть.

Резиновые материалы. Резины представляют собой сложную смесь веществ, основным компонентом среди которых является каучук. Обычно его смешивают с различными веществами, имеющими определенное назначение. Резиновая смесь подвергается вулканизации, которая проводится одновременно с приданием ей формы будущего изделия. Характерным свойством резин является их высокая эластичность, химическая устойчивость.

 

Применение полимеров

Полипропилен [− СН(СН)₃−СН₂−]_n химически стоек и нерастворим в органических растворителях, более термостоек, чем полиэтилен (до 120-140 °С), имеет высокую механическую прочность, стойкость к истиранию, эластичен. Применяется для изготовления труб, пленок, аккумуляторных баков, а также деталей различных ма­шин и приборов.

Полистирол устойчив к действию слабых растворов кислот и щелочей, растворим в спиртах, ароматических угле­водородах и кетонах. Полистирол обладает высокой механической прочностью и диэлектрическими свойствами, используется как высо­кокачественный электроизоляционный, а также конструкционный и де­коративно-отделочный материал в приборостроении, электротехнике. Применяется для изготовления различных деталей и в качестве орга­нического стекла.

Полиметилметакрилат (плексиглас, органическое стекло) механически прочен, прозрачный, бесцветный, термопластичный материал, легкий, устойчив к действию кислот, щелочей, бензина, масел, хорошо обрабатывается, не задерживает ультрафиолетового излучения, имеет хорошие диэлектрические характеристики. Растворяется в дихлорэтане, ароматических углеводородах, сложных эфирах. Применяют в электро- и радиотехнике, в приборостроении в качестве конструкционного материала. Плексиглас (органическое стекло) используется для остекления автомобилей, самолетов, для изготовления стекол и светофильтров.

Поливинилхлорид [− СН₂−СНСl−]_n устойчив к действию растворов кислот, щелочей и солей, трудногорюч, механически прочен. Применяется как изоляционный материал, а также как химически стойкий конструкционный материал.

Политетрафторэтилен (фторопласт) [−CF₂−CF₂−]_n обладает исключительной химической стойкостью к кислотам, щелочам и окислителям. Прекрасный диэлектрик. Имеет очень широкие температурные пределы эксплуатации (от -270 до +260 °С). Не растворяется в орга­нических растворителях, не смачивается водой. Фторопласт используется как химически стойкий конструкционный и изоляционный материал. Кроме того, его используют для нанесения антифрикционных, гидрофобных и защитных покрытий.

Полиамид, содержащий в основной цепи амидную группу −NH − СО−, например, поли-e-капромид (капрон), [–NH−(СН₂)₅−СО–]_n характеризуется высокой прочностью, износостойкостью, диэлектрическими свойствами. Устойчив в маслах, бензине, разбавленных кислотах и концентрированных щелочах. Применяется для получения волокон, изоляционных пленок, конструкционных, антифрикционных и электрои­золяционных изделий.

Полиформальдегид [− СН₂ − O −]_n – белый твердый материал, химически весьма устойчивый. Применяется для изготовления деталей различных механизмов и машин.

Синтетические каучуки (эластомеры) при вулканизации превращаются в резину, для которой характерна высокая эластичность. Промышленность выпускает большое число различных синтетических каучуков (СК), свойства которых зависят от типа мономеров. Резины используют для производства шин, защитных оболочек кабелей и про­водов и т.д.

Из СК получают эбонит, широко используемый в электротехнике. Резины, получаемые из СК специального назначения, кроме эластичности характеризуются, например, бензо- и маслостойкостью (бутадиен-нитрильный СК), бензо-, масло- и теплостойкостью, негорючестью (хлоропреновый СК), износостойкостью (полиуретановый СК и др.).

Феноло-амино-формальдегидные смолы получают поликонденсацией формальдегида с фенолами и аминами. Их используют как основу клеев, лаков, ионитов и пластмасс. Пластмассы на основе фенолоформальдегидных смол называются фенопласты, на основе карбамидоформальдегидных смол – аминопласты. Фенопласты устойчивы к действию воды, растворов кислот, солей и оснований, органических растворителей, трудногорючи, атмосферостойки, хорошие диэлектрики. Используются в производстве печатных плат, корпусов электротехнических и радиотехнических изделий. Аминопласты имеют высокие диэлектрические и физико-химические свойства, устойчивы к действию света и УФ-лучей, трудногорючи, стойки к действию слабых кислот и оснований и многих растворителей, хорошо окрашиваются в разные цвета. Применяются для изготовления электротехнических изделий, корпусов приборов и аппаратуры, выключателей тепло- и звукоизоляционных материалов и др. В деревообрабатывающей и мебельной промышленности их используют в качестве связующих в композициях лаков, красок, эмалей, клеев, пропитывающих составов.

Кремнийорганические полимеры (силиконы) содержат атомы кремния в элементарных звеньях макромолекул, например:

R R

| |

− O − Si − или − Si − R −

| n | n.

R R

 

Полимеры, в состав которых не входят атомы углерода, получили название неорганических. Среди неорганических полимеров много природных типа полисиликатов. В настоящее время широко ведутся исследования с целью получения синтетических неорганических полимеров. К неорганическим полимерам относятся: аморфный диоксид кремния [SiО₂]n, поликремниевая кислота [nSiО₂ × m × Н₂О], природные и синтетические силикаты, полифосфорные кислоты, полифосфаты. Важным свойством некоторых неорганических полимеров является полупроводимость.

Характерной особенностью кремнийорганических полимеров явля­ется высокая тепло- и морозостойкость, эластичность. Кремнийорганические полимеры используются для получения лаков, клеев, пластмассы и резины. Резины, получаемые на основе кремнийорганических каучуков [-Si(R₂)-O-]n, могут эксплуатироваться при температуре от - 90 до +300 °С, обладают атмосферостойкостью, высокими электроизоляционными свойствами. Применяются для изделий, работающих в условиях большого перепада температур, например, для защитных покрытий космических аппаратов, холодильных аппаратов и т.д.

Экспериментальная часть