Термопластичные полимеры

ППУ — термопласт или реактопласт?

Ответ на вопрос не так прост, как может показаться. Строго говоря, двухкомпонентный полиуретан является реактопластом, поскольку полиэфирный компонент отверждается изоцианатным компонентом (реже используются иные отвердители) с образованием сшитых макромолекулярных структур (реакция полиприсоединения). Тоже самое справедливо и для газонаполненных полиуретанов (пенополиуретанов или, проще говоря, ППУ), отверждаемых изоцианатным компонентом, с той лишь разницей, что в полимерную структуру заключены пузырьки газа. В зависимости от функциональности компонентов, степени сшивки и средней длины макромолекул мы можем получать эластичные, интегральные или жесткие ППУ. Такой реактопластичный ППУ при повышенных температурах обугливается и деструктирует, минуя высокоэластичное состояние.

Однако еще в далеких 60-х годах минувшего столетия американские исследователи впервые получили термопластичный полиуретан. Позднее удалось сделать его и газонаполненным, т.е. получить термопластичный пенополиуретан. Основным сырьевым компонентом служат простые и сложные полиэфиры, полиэфиры угольной кислоты, алифатический изоцианат. Как правило, термопластичные полиуретаны (ТПУ) являются однокомпонентными. В зависимости от используемого компонента меняются и свойства конечных продуктов.

ТПУ сочетает в себе прочностные свойства жестких пластиков и высокоэластичные свойства каучуков в широком диапазоне температур. При малой массе, ТПУ выдерживает высокие физическо-механические нагрузки и противостоит разнообразным видам воздействий — истиранию, отрицательным температурам, жирам, маслам и растворителям. Не подвержен воздействию микроорганизмов. Имеет способность шумо- и виброгашения, окрашивается в различные цвета.

Благодаря удачному сочетанию свойств и возможности эти свойства варьировать в широком диапазоне, термопластичный полиуретан стал хорошим заменителем ряда пластиков, резин и даже металлов, и сегодня широко используется во многих промышленных отраслях. Так данный полимер используется для производства подошв обуви, изоляция силовых кабелей, шлангов высокого давления, шин, уплотнителей, футеровочных пленок и листов, амортизационных опор, декоративных элементов в автомобилестроении, роликов на скейтбордах и т.д.

ТПУ перерабатываются литьем под давлением и экструзией.

Классификации полимерных материалов

Зависимо от происхождения полимеры разделяют на синтетические и природные. Несмотря на востребованность природных составляющих, материалы искусственного происхождения, которые производят на низкомолекулярной основе, благодаря синтезу, пользуются большим спросом.

Различия по химическому составу позволяет делить полимерные материалы на:

• неорганические, у которых нет однотипных соединений, при этом есть органические радикалы, в качестве дополнительных составляющих;
• элементоорганические полимеры, отличаются способностью удерживать в органическом радикальном соединении, атомы неорганики, хорошо сочетающихся с органикой;
• органические, которые используют, как основу для пластмассовых изделий.

Характерным отличием структуры, влияющим на свойства материала оказывает макромолекула. Ее вид позволяет разделить полимеры на:

• плоские;
• ленточного типа;
• разветвленной структуры;
• линейного характера;
• сетчатого типа;
• гребнеобразные полимеры;
• прочие виды.

По свойствам соединений звеньев, полимерные материалы делят по полярности, влияющую на растворимость материалов в разных средах. Ее определяют по разобщению положительных и отрицательных зарядов. Характера этих связей позволяет разделить полимеры на:

• гидрофильные;
• гидрофобные;
• амфильные.

Иначе говоря, можно отнести перечисленные категории к полярным, неполярным или смешанным. Кроме этого, полимеры имеют разные свойства при изменении температуры. Они бывают:

• термопластичные, имеющие свойство размягчения, при увеличении градуса, а при понижении – твердеют;
• термореактивные, подвержены разрушению структурных связей между звеньями.

Явным примером, подчеркивающим различие структуры, будет письмо, отправленное по почте, предварительно заклеенное в конверт. В процессе транспортировки, тщательно склеенные поверхности остаются невредимыми. Но стоит нагреть обработанное место на огне или с помощью раскаленного металлического предмета, как клей утратит свои свойства и конверт откроется.

Полимерные материалы делят на два типа: синтетический (искусственный) и огнеупорный. Синтетика встречается в различных сферах жизнедеятельности человека: в строительстве, промышленности, быту и даже – в одежде. Производство искусственного сырья началось в первые годы ХХ века. Первым запатентованным материалом была бакелитовая смола, которая при нагревании меняла форму.

Современные синтетические материалы подвержены влиянию огня и высоких температур, а некоторые из них могут воспламеняться. Чтобы избежать подобное используют добавки, а также синтезируют сырье с помощью хлора или брома. Галогенированный полимерный материал, который получается после обработки, при сжигании образует газ, способствующий повышению коррозии других материалов. Разнообразие структур полимеров по химическому составу позволяет разделить материалы на несколько видов, которые находят все большее применение в народном хозяйстве.

1. Полиэтилен Известен по широко применяемой упаковке различного назначения. Свойства и низкая себестоимость сделала такие материалы популярными в разных отраслях. Различают полиэтилен низкого давления, который обладает прочной структурой молекул и высокого давления, с противоположными свойствами. Эти материалы имеют одинаковы по химическому составу, но различаются по структуре решетки.
2. Полипропилен Прозрачный полимер изготовленный методикой экструзии с охлаждением методом полива или другим способом с раздувом. Не контактирует с маслами и жирами, не деформируется при температурных изменениях, пропускает водяные пары. Эти свойства материала применяются в пищевой и строительной отрасли.
3. Поливинилхлорид Такие материалы с полимерной основой встречается реже других из-за способности быть хрупким и не эластичным. Был популярен в 60-е годы прошлого столетия, при сжигании образует диоксин. Современные материалы вытесняют эти полимеры за счет более высокой экологичности и улучшения структуры сырья.
4. Полиолефин Благодаря разнообразному строению макромолекул, эти полимеры включает в себя составляющие элементы пропилена и полиэтилена. Более половины производимой полимерной продукции относят к полиофелинам. Стойкость к разрыву, нагреву и усадке, позволит в ближайшем будущем увеличить объемы изготовления этого сырья. Тем более, что экологичность, которой обладают такие материалы выше других полимеров, а при производстве и утилизации – не выделяет вредных веществ.

Основные свойства полимеров

Строение макромолекул в виде цепи, а также различные типы связей между ними, возникшие при образовании молекул, определяют природу специальных физико-химических характеристик полимеров. Среди них важная особенность к пленко- и волокнообразованию, способности полимеров к вытяжке, прочности в определенных направлениях, эластичности и т.п. Такое строение полимерных молекул определяет тот факт, что вязкость растворов полимеров обычно высока. ВМС могут в высокой степени набухать в жидкостях, при этом образуя несколько видов систем, по свойствам находящихся между твердым жидким агрегатным состояниями.

Количество мономерных звеньев в макромолекулах полимеров и природа звена определяют молекулярную массу всего ВМС. Любой полимер всегда состоит из множества макромолекул, каждая из которых индивидуальна и отличается от других в том числе по длине цепи. Из-за этого факта молекулярная масса полимеров – всегда примерная средняя величина

Также из описанного следует, что важной характеристикой является молекулярно-массовое распределение (ММР), которое показывает в каком диапазоне молекулярных масс молекулы представлены в конкретном образце полимера. Чем меньше молекулярно-массовое распределение, тем стабильнее свойства полимеров и тем проще описать методики их переработки.

Полимеры могут находиться в нескольких агрегатных состояниях, которые отличаются от состояний обычных низкомолекулярных веществ, например в состоянии вязкотекучей жидкости, эластичном состоянии, такие как каучук, силикон, другие эластомеры, твердых пластмасс.

Полиизобутилен

Термореактивные полимеры данной группы представляют собой вязкие жидкости, которые могут применяться при изготовлении клеящих составов. Кроме этого, можно отметить высокую пластичность, связанную с особой молекулярной массой. Среди других эксплуатационных качеств отметим нижеприведенные моменты:

1. Высокая степень растворимости в углеводородах.
2. При необходимости термореактивные полимеры данной группы смешиваются со специальными наполнителями, за счет чего придаются особые эксплуатационные качества.
3. Данный тип полимера один из самых легких.
4. Вещество устойчиво к воздействию кислот и различных щелочей.
5. Из-за особенностей структуры вещество способно сохранять высокую эластичность при температуре до 50 градусов Цельсия.
6. Полиизобутилен применяется для модификации битумных и полимерных материалов. Добавление проводится для повышения эксплуатационных качеств при воздействии низкой температуры.
7. Высокие адгезионные способности в отношении практически всех строительных материалов, к примеру, бетона, дерева и штукатурки.
8. Низкомолекулярные термореактивные полимеры этой группы применяются при изготовлении не высыхающего клея или мастики. Они подходят для крепления полимерных отделочных материалов, которые обладают низкой адгезией.
9. Есть возможность получить мастики, которые применяются для герметизации стыков при проведении сборного строительства.
10. При применении полимеров этой группы также получают листы, которые служат для защиты химической аппаратуры.

Полиизобутилен

Широкая область применения прежде всего связана с особыми эксплуатационными качествами, которыми обладают термореактивные полимеры.

Бутадиен – стирольный каучук

Также следует рассматривать каучук СКС, который получается при сочетании бутадиена и стирола. Стоит учитывать, что этот вид синтетического каучука сегодня получил самое широкое применение. Больше всего можно встретить СКС-30. Среди их особенностей отметим нижеприведенные моменты:

1. Вещество хорошо растворимо в бензине или бензолах.
2. Клеящие способности вещества достаточно низкие. Для повышения данного свойства проводится добавление канифоли и многих других веществ.
3. Высокая морозостойкость также является исключительным эксплуатационным качеством.

В строительстве большое распространение получили бутадиен — стирольный латекс. В их составе около 47% каучука. Из этого термореактивного полимера проводится изготовление стабилизационных латексов.

На основе материалов данной группы изготавливают клеящие мастики, некоторые цементные краски и составы для наливных полов.

Полиэтилен

Продукт полимеризации этилена:

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

этилен полиэтилен

Молекулярный вес около 20000, плотность 0,92 г/см3, σВ = 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.

Полимеры и их характеристики

При нагреве различные вещества ведут себя не одинаково. В некоторых зафиксирована термореактивная реакция. Первоначальная линейная структура под влиянием высокой температуры видоизменяет структуру на пространственную, становясь твердым веществом, сохраняя высокую твердость в дальнейшем. Получившееся соединение нельзя расплавить и растворить. Повторному нагреву получившиеся соединения не подлежат. Их примером служат различные смолы, эпоксидные, фенолоформальдегидные и пр.

В отличие от термореактивных соединений термопластичные можно нагревать много раз. Каждый раз после плавления при охлаждении они вновь затвердевают. Причиной тому служит их первоначальная структура. Линейное соединение не отягощено крепкими химическими связями. Нагревом рушатся имеющиеся слабые связи и при охлаждении они восстанавливаются в прежнем или измененном виде.

Вещество, обладающее термопластичной характеристикой (например, полиэтилен, полиамид, полистирол и пр.) при нагреве становится аморфным, если повышать температуру – даже жидким. Это свойство зачастую используется для литья под давлением, прессования, экструзии, выдувания, чтобы срастить несколько деталей сваркой.

Термопластичные полимеры

В практике свойство становиться жидкими или мягкими не время применяется весьма эффективно. Но для того, чтоб процесс прошел без затруднений, необходимо разобраться температурой термического разложения вещества. У различных полимеров она отличается, это напрямую зависит от строения молекулы вещества.

Для эффективности процесса размягчения используются технологии, снижающие низкий предел вязкости вещества или повышающие температуру восстановления, проводя процесс в помещениях с инертным газом.

Термопласт способен раздуваться и измельчаться в растворяющем веществе. Причина та же – линейная структура его молекулы и ее крупный размер. При испарении растворителя молекулярное строение термопласта принимает первоначальный вид. Это свойство применяется в создании клея, вяжущего компонента мастики, красящих веществ на полимерной основе.

Отрицательные особенности полимеров, имеющих термопластичную характеристику:

• низкая теплостойкость;
• повышенная хрупкость при отрицательных температурах;
• повышенная текучесть, при высоких температурах;
• утрата свойств при попадании ультрафиолетовых лучей;
• окисление на воздухе;
• пониженная твердость поверхности.

Примеры применения свойств термопласта

Наиболее популярными термопластами на стройках и в бытовом применении стали: полиэтилены, полипропилены и полистиролы.

Создание полиэтилена возможно при полимеризации этилена. Поддерживая давление на высоком уровне обрабатывается очень высокой температурой нефтяной газ или добытый нефтепродукт подвергается гидролизу

Для процесса важно соблюдать оптимальный градус по Цельсию, добавлять способствующее процессу вещество и вводить кислород

Отрицательные характеристики полиэтилена:

1. Низкие теплостойкость и твердость.
2. Высокие горючесть.
3. Старение под ультрафиолетом.

Продукты, используемые в быту – трубы, пленки, электро-, звуко-, теплоизоляция и пр., иные полимеры и пластмассы.

Полипропилен получается полимеризацией газа с использованием растворителя. Тверже и прочнее полиэтилена, но становится хрупким уже при – 20. Используется в виде битума, резины. А полистирол получается из стирола и используется для теплоизоляционного слоя, для создания облицовочной плитки и мелкой фурнитуры. В вариациях с растворителями же можно получать клеи.

Применение термопластов

В загрязненных, кислых, ситуациях, которые, например, могут быть обнаружены в современных городских сообществах, стальные конструкции трубопроводов обычно беззащитны от ржавчины или потребления и, таким образом, нуждаются в исключительных мерах по страхованию от эрозии.

Расходы, связанные с обеспечением стальных каркасов каналов, которые используются в этих суровых условиях, могут быть дорогостоящими. Термопласты считаются хорошей заменой для ограничения этих расходов.

Стандартные материалы, используемые для изготовления этих труб, – ПВХ или ХПВХ. Дополнительные материалы включают полипропилен, ПВДФ, АБС, нейлон и полиэтилен. Газовые баллоны из полиэтилена используются для транспортировки горючего газа в частных и коммерческих целях.

Другие основные области применения термопластов включают полиэтилен высокого давления, который может служить примером жестких элементов, таких как электрические приборы. Полиэтилен низкого давления универсален и идеально подходит для изоляции электрических кабелей. Полиамид чаще всего связан с производством веревок и ремней.

что это такое? Подробное описание возможностей оборудования, а так же сферы его применения.

Пластик является самым доступным материалов для производства различного рода изделий. Сфера применения пластиков настолько широка, что описать её в одной статье достаточно проблематично.

Термопластавтомат – это специализированный станок, который используется для «выливания» деталей определённой геометрии из горячего пластика. Любые работы с пластиком может осуществить http://www.plastikmash.ru/. Доступные цены и практически бесконечные возможности – вот, что требуется постоянным заказчикам.

Преимущества использования термопласт автоматов

Прежде всего, необходимо отметить, что весь процесс производства конечных деталей из пластика на 80% автоматизирован. Это не может не считаться положительным преимуществом перед аналогичными дерево- и металлообрабатывающими станками.

Существует всего два класса, на которые подразделяются ТПА:

• горизонтальные;
• вертикальные.

Большой выбор специализированного оборудования сегодня предлагает Китай. Вопреки устоявшемуся мнению о том, что китайская продукция не отличается высоким качеством, станки весьма надёжны и эксплуатируются на протяжении длительных промежутков времени (при учёте систематического обслуживания).

Процесс производства конкретной детали

Выглядит производство детали по проекту следующим образом. После того, как был получен проект, инженер занимается изготовлением пресс формы, которая подходит к конкретному виду станка.

Дело в том, что после термической обработки он изменяет свою структуру. После завершения срока службы подобные детали попросту утилизируют. Что, конечно, является отрицательной чертой технологического использования ТПА.

Однако опыт показывает, что в ближайшей перспективе никаких аналогов, которые смогли бы заменить дешёвые, быстро производимые, пластиковые детали не появится.

На видео будет продемонстрирован процесс изготовления детали из термопластика:

По материалам: http://www.plastikmash.ru/

Полиэтилен

Полиэтилен представляет собой прозрачный материал и считается самым распространенным полимером. Этот материал отличает высокая влагостойкость и газонепроницаемость. Он не пропускает воду, устойчив к кислотам, щелочам, солям и другим агрессивным элементам, хороший диэлектрик. Эластичность полиэтилена сохраняется даже при отрицательной температуре окружающей среды до отметки -70С градусов. Считается очень прочным и стойким материалом. Полиэтилен легко режется ножом, а при взаимодействии с огнем горит и одновременно плавится. К недостаткам также можно отнести слабую адгезию с минеральными соединениями и клеями, подверженность старению при попадании солнечного света и агрессивным факторам окружающей среды. При данных отрицательных фактах полиэтилен не теряет своих основных эксплуатационных свойств.

При изготовлении полиэтилена применяются термопластичные полимеры одного вида, а в результате различных обработок, получают совершенно различные по характеристикам типы полиэтилена. В зависимости от видов полимеризации различают три вида полиэтилена:

1. Полиэтилен низкой плотности, получаемый при использовании высокого давления. Структура данного полимера имеет разветвленный вид, что обуславливает ее невысокую плотность и прочность, представляет собой мягкий и эластичный материал. Полиэтилен низкой плотности используется для изготовления пакетов для хранения пищевых продуктов, отходов и одежды, других упаковочных материалов. Из него изготавливают небьющеюся химическую посуду для лабораторий.
2. Полиэтилен, производимый при среднем давлении и плотности. Получается при давлении в 5-40 атмосфер и температуре 130-140С. Также используется для изготовления упаковочных материалов большей плотности, не дорогой посуды, различный контейнеров и форм для пищевых и не пищевых продуктов.
3. Материал, получаемый при низком давлении, и имеющий высокую плотность. Обладает улучшенной механической прочностью по сравнению с двумя другими видами полиэтилена. Изготавливается под давлением 5 атмосфер и при температуре +70С градусов. Из данного вида полиэтилена изготавливают пакеты, игрушки для детей, посуду, а также формы для воды и сыпучих продуктов, миски, тазики и прочую хозяйскую утварь. Также изготавливают водопроводные трубы, медицинские шприцы, детали механизмов, шланги, фитинги поливочных систем. С применением литья изготавливают вентили, краны, задвижки, зубчатые колеса, шестерни.

Читать также: Подключение вилки к духовому шкафу

Полимеры: свойства и классификация

Самая распространенная классификация полимеров по их составу:

• высокомолекулярное органическое;
• элементоорганическое;
• неорганическое высокомолекулярное.

Классификация полимеров по происхождению:

• природное происхождение, в естественной среде у природных полимеров (основополагающие в этом виде – полимеры белков, где мономер – аминокислота, полисахариды);
• искусственное происхождение у высокомолекулярных веществ- измененные химически модифицированные природные вещества (так из целлюлозы делается пластмасса);
• добытые синтетическим путем, используя полимеризацию или поликонденсацию различной структуры и длины. От длины цепочки зависит свойство и применение полимера.

Располагаться мономеры в пространстве могут по разному, отсюда различия в структурах. Она может быть:

Смотрите видео о том, что такое полимеры.

Линейная структура может быть прямой цепочкой, протянувшейся зигзагом или спиралью. Участки цепи повторяются и прочно соединяются между аналогичными участками такой же цепи.

Характеризующая особенность первой структуры – обладание гибкостью. Отсюда особенность продуктов – высокая эластичность и малая изменяемость структуры при низких температурах, отсутствует хрупкость, ломкость на морозе. (Например, полиэтилен).

Во второй структуре участвует две цепочки, химически связанные между собой. Свойства данного вида полимеров: Жесткость, выносливость высоких температур и нерастворимость в растворителях органики.

Пространственное соединение образуется из не мелких мономеров, но целых молекул поперечно. Внешне это строение напоминает сетку с ячейками разного размера. Жесткость и теплостойкость в этом соединении значительно выше, чем у линейной структуры.