Пластмаси на основі продуктів поліконденсації і ступеневої полімеризації
Поліконденсацією називають хімічний процес сполуки однакових чи різнорідних молекул з утворенням високо-молекулярних сполук. У ході реакції виділяється побічна низькомолекулярна речовина: вода, аміак, хлористий водень та ін. Тому сполука елементарної ланки полімеру не відповідає сполуці вихідних мономерів. Ріст ланцюга носить ступеневий характер: пари молекул утворюють димери; димери, приєднуючи третю молекулу, утворюють тримери і т.д. У той же час димери, тримери й інші полімери можуть з'єднуватися в ланцюзі. Реакція поліконденсації перебігає за допомогою каталізаторів. При ступеневій полімеризації побічні продукти не утворюються (сполука елементарної ланки полімеру відповідає сполуці вихідного мономера); молекули збільшуються від перескоку атому водню чи групи атомів від однієї молекули до іншої. В ролі каталізаторів застосовують воду, іноді з лугом чи кислотою, що сприяє рухливості атома водню. Фенопласти. Фенопластами називають пластмаси, отримані на основі фенолоальдегідних смол, частіше з наповнювачами. Фенолоальдегідні смоли одержують поліконденсацією фенолу С Н ОН чи його похідних (крезолу С Н СН ОН, ксиленолу С Н (СН ) ОН або резорцину С Н(ОН) з формальдегідом СН О чи з фурфуролом С Н О ). У залежності від співвідношення фенолу й альдегіду одержують два роди фенолоальдегідних смол: новолачні і резольні. Новолачні смоли одержують при поліконденсації з надлишком фенолу (відношення фенолу до альдегіду в молях — 6:5 чи 7:6) і при кислому каталізаторі (соляна, щавелева й інші кислоти). Новолачні смоли термопластичні, вони розчиняються в спирті й ацетоні; випускають їх у порошковому виді. Резольні смоли одержують при поліконденсації з надлишком альдегіду (відношення альдегіду до фенолу 6:5 чи 7:6) і при лужному каталізаторі (їдкий натр, їдке калі). Резольні смоли термореактивні: при нагріванні вони стають неплавкими і нерозчинними. Продукти термічної реакції резольних смол називають резитами. Особливість резитів, що відрізняє їх від термопластів, — відсутність плинності (деформації під навантаженням), що визначає в звичайних умовах стабільність форми і розмірів виробів. Ця властивість резитів — одне з найважливіших, як і для інших матеріалів, з яких виготовляють деталі в машинобудуванні. Однак резити тендітні, особливо з мінеральними наповнювачами. Щоб перебороти їх крихкість, фенолоальдегідні смоли сполучають з термопластами (поліамідами, синтетичним каучуком та ін.). Ударна в'язкість прес-порошків на основі сполучених смол складає (9... 12) замість 2-2,5 для простих резитів. Резольні смоли одержують не тільки шляхом резольної конденсації, але й обробкою новолачних смол формальдегідом чи уротропіном (CH ) N . їх застосовують у виді порошку й емульсії в обробній промисловості, а також як зв'язну основу в сполученнях з іншими матеріалами для пресування, для лиття різних виробів і для виготовлення клеїв і лаків. Литі фенолоальдегідні смоли без наповнювачів — резити — у промисловості застосовуються мало і використовуються головним чином у галантереї. Формувальний матеріал на основі резольної смоли з наповнювачами — азбестом, чи піском графітом — зветься фаоліт. З фаоліта роблять кислотно стійкі труби, ванни й листи. Підготовлені до переробки у вироби сполуки називають пресматеріаламй. Сполучна смола для складання пресматеріалів застосовується у виді порошку, розчинів смоли (лаків) і емульсії. Пресматеріали за родом наповнювача поділяють на преспо-рошки (порошкоподібний наповнювач), волокніти (довговолокнистий наповнювач) і шаруваті фенопласти із шарів (листові наповнювачі). Преспорошки з фенопластів на основі новолачної смоли з деревинним борошном широко застосовують для виготовлення деталей електроосвітлювальної і телефонної апаратури, для залізних виробів та інших побутових приладів. Фенопласти на основі резольной смоли і порошкових деревинних і мінеральних наповнювачів з гарними діелектричними властивостями застосовують для деталей в електротехніці і радіотехніці. За мірою заміни деревинного борошна мінеральними наповнювачами росте водостійкість і теплостійкість виробів, але зменшується їхня міцність. Волокніти — волокнисті наповнювачі на основі резольньїх і новолачних смол, особливо відрізняються ударною в'язкістю виробів (КС до 22). Для звичайних наповнювачів у волокнітах використовують бавовняні очоси і довговолокнисту бавовну, а також азбестове чи скляне волокно. Бавовняні волокніти застосовують для різних корпусних та інших виробів, до яких пред'являються вимоги підвищеної міцності й ударної в'язкості. Азбестові волокніти на основі резольних смол (асборезити) мають високі фрикційні властивості і термічну стійкість їх використовують для виготовлення гальмових колодок, а також деталей машин і приладів, що піддаються перегріву. Стекловолокніти — міцні і добрі діелектрики. З них пресують великі корпуси в машинобудуванні і приладобудуванні, кузови автомобілів, спортивних човнів і судів. Шаруваті фенопласти — прошарованні пластики, що представляють композиції із шарів зв'язної смоли, які чергуються, і листового наповнювача. В залежності від виду наповнювача шаруваті пластики одержують своє найменування: гетинакс (наповнювач — папір), текстоліт (наповнювач — бавовняна тканина), асботекстолит (наповнювач — азбестова тканина), склотекстоліт (наповнювач — скляна тканина), деревинношаруваті пластики (ДСП) (наповнювач — деревинний шпон). Шаруваті наповнювачі просочують смолою, сушать і ріжуть за розмірами. З готових листів у поверхових пресах гарячим способом пресують плити, а в пресформах — інші заготівки чи деталі. Гетинакс застосовують в електротехніці і радіотехніці в листах і плитах для панелей, електроізоляторів, ізолюючих шайб, прокладок, а також у вигляді труб і циліндрів у трансформаторах. Текстоліт особливо підходить для зубчастих коліс, вкладишів підшипників, а також як електроізолятор в електричних машинах і трансформаторах. У порівнянні з гетинаксом він жорсткіший і стійкий до 130 °С. Асботекстоліт відрізняється теплостійкістю і добрими фрикційними властивостями; його застосовують для виготовлення деталей, які труться: дисків зчеплення і гальмових колодок. Склотекстоліт винятково міцний і відмінний електроізолятор (див. табл. 10.1); відповідно і його застосування — при високих навантаженнях і температурах (до 350 °С). Амінопласти. Амінопластами називають пластмаси на основі карбамідних смол, що одержані поліконденсацією карбаміду (сечовини) CO(NH ) чи меламіну C H N з формальдегідом. Кар-бамідні смоли безбарвні, тому можна легко одержати амінопласти світлих тонів і пофарбовані в будь-які кольори. їх застосовують, здебільшого, для одержання шаруватих амінопластів, а також для преспорошків, шпаропластів і клеїв. З порошкових амінопластів (частіше з целюлозою) виготовляють телефонні і радіодеталі, автомобільну арматуру та ін. Шаруваті амінопласти використовують для обробки кают пароплавів, залізничних вагонів та ін. За наповнювача застосовують папір, а також деревинний шпон. Декоративний лист наповнювача фарбюють чи наносять потрібний малюнок на лист. Кар-бамідні смоли використовують для впресовування схем, креслень, географічних карт для кращої збережності у виробничих і польових умовах. Полі ефірні смоли. Ефіри — це похідні від взаємодії органічних кислот і спиртів. Поліефірні смоли одержують поліконденсацією основних кислот — фталевої С Н (СООН) та ін. — з багатоатомними спиртами — гліцерином (СН ОН) СНОН і ін. З поліефірних смол найбільше поширення одержали гліфталеві смоли з гліцерину і фталевого ангідриду. Гліфталеві смоли термореактивні, однак вони твердіють при відносно високих температурах і повільно. Тому ці смоли в основному застосовують при виробництві лаків з леткими і швидко висихаючими (твердіючими) масляними розчинниками. Епоксидні смоли. Ці смоли одержали дуже широке поширення в техніці. Вдале сполучення механічних, фізичних, хімічних та інших властивостей визначає їх застосування. Епоксидні смоли одержують при конденсації еніхлоргідрину з СН - СН - СН С1 дифенілопропаном С(СН ОН) . \ О / Низькомолекулярні смоли уявляють собою в'язкі рідини, що можуть твердіти на холоді при добавлені затверджувача чи при нагріванні; при цьому вони дуже реакціиноздатні, у них високі ад-гезійні (клеючі) властивості. Застосовують їх для покриття, склеювання металів, скла, пластмас, для герметизації, тощо; у складі компаундів (з різними наповнювачами — сталевим порошком, пилоподібним кварцовим піском та ін.) застосовуються для закла- дення раковин у металевих виливках. Епоксидні смоли добре сполучаються з іншими полімерами; одержують, наприклад, епоксидно-фенольні смоли, що визначають підвищену теплостійкість, епоксидно-поліефірні (підвищена ударна в'язкість) та ін. Поліаміди. Поліамідами називають смоли, що містять у ланцюзі амідні групи - СО - NH -. Різні поліаміди одержують поліконденсацією і східчастою полімеризацією. Наприклад, найлон 6-6 одержують шляхом поліконденсації гексаметілендіаміну H N(CH ) NH і адипінової кислоти НООС (СН ) СООН; капрон — при ступеневій полімеризації капролактаму C5HWCOHN. Поліаміди мають значну жорсткість (яка до того ж збільшується при витяжці до 4...5 разів), достатню твердість, дуже високу в'язкість (при стандартних іспитах не руйнуються, а згинаються), гарні діелектричні властивості, водостійкість. Поліаміди застосовують для виготовлення деталей машин методами лиття під тиском, для електроізоляції проводів нанесенням на них розплавленої смоли, для виготовлення волокна шляхом продавлюванням смоли через філери, для виготовлення плівок і клею. З волокон роблять панчішно-шкарпеткові вироби, рибальські сіті, буксирні канати та ін. Армовані (зміцнені) пластмаси. Кращими зв'язуючими для армованих пластмас є епоксидні смоли і поліефіри, а також фено-лобутварні смоли (клей марки БФ-4 і БФ-6), сполучені епоксидо-фенольні смоли й ін., що твердіють при невисоких температурах і тисках. За наповнювача застосовують волокна і тканини (скляні, азбестові чи органічні), частіше — скляні волокна. З армованих пластмас виготовляють корпуси приладів і апаратів, ванни, труби, двері, корпуси човнів і суден. Скловолокнисті анізотропні матеріали (СВАМ) використовують також при виготовленні будівельних стінових панелей, перекриттів. Кремнійорганічні полімери. Органічні сполуки, в основний ланцюг яких входять неорганічні елементи (кремній, титан, фосфор, бор), називають елементоорганічними сполуками. Найбільше промислове застосування мають кремнійорганічні смоли. Основний ланцюг їхніх молекул складається з атомів кремнію і кисню: Зв'язок між атомами кремнію і кисню називається силоксано-вий. Цей зв'язок має більшу термічну стійкість, ніж зв'язок між атомами вуглецю, тому кремнійорганічні сполуки (як і всі елементоорганічні сполуки) відрізняються високою теплостійкістю. Основним недоліком цих сполук є відсутність еластичності, однак комбінування основного силоксанового ланцюга з бічними органічними відгалуженнями дає теплостійкі й еластичні кремнійорганічні сполуки. Кремнійорганічні полімери випускають у виді лаків, застосовуваних у якості електроізоляційних і жаростійких покрить, мастильних матеріалів, які працюють при високих і низьких температурах, а також у виді пластмас і кремнекаучуків. З кремнійорганичних пресматеріалів типу волокиту, текстоліту і склотекстоліту виготовляють електроізоляційні вироби. Ці вироби відрізняються високою теплостійкістю, механічною міцністю і водостійкістю. Кремнекаучуки за еластичністю і вібростійкістю подібні до гуми, однак відрізняються від неї морозостійкістю і підвищеною теплостійкістю (до 250 °С).
|