Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

свойства. Органические наполнители в основном играют роль упрочнителя.

В зависимости от форм частиц наполнители подразделяются на порошковые (древесная и кварцевая мука, порошки металлов и слюды), волокнистые (асбестовое, стеклянное, хлопчатобумажное и синтетическое волокно) и листовые, армирующие (бумага, хлоп­ чатобумажные, синтетические, стеклянные ткани, проволочные сет­ ки, металлическая фольга и др.).

Пластификаторы — это вещества, добавляемые обычно в тер­ мопластичные композиции для улучшения их формуемости (пла­ стичности) при переработке. Термореактивные композиции при на­ гревании становятся жидкими и в пластификации, как правило, не нуждаются.

Пластификаторы придают твердому полимеру мягкость, пластичность и увеличивают его упругость. Они способствуют превра­ щению твердых и хрупких смол в тестообразное состояние, удобное для формоизменения. В качестве пластификаторов применяют кам­ фору, крезилфосфат, дибутилфталат и др.

Красители, вводимые в количестве 1—1,5%, окрашивают пласт­ массы в требуемый цвет.

Смазывающие вещества (олеиновая кислота, стеарат кальция и др.) предотвращают прилипание прессуемых изделий к прессформам.

Стабилизаторы предотвращают распад полимерного материала под действием света-или повышенной температуры. Например, для защиты полиэтилена от действия ультрафиолетовых лучей в него вводят сажу.

Иногда в состав пластмасс вводят специальные яды, придаю­ щие материалу стойкость против плесени и некоторых насекомых.

В соответствии с ГОСТ 5752—51 все пластмассы органическо­ го происхождения разделяются по химической природе связующего вещества на четыре класса.

Класс А — пластмассы на основе высокополимеров, получае­ мых цепной полимеризацией.

Класс Б — пластмассы на основе высокополимеров, получае­ мых поликонденсацией и ступенчатой полимериза­ цией.

Класс В — пластмассы на основе химически модифицирован­ ных природных полимеров.

Класс Г — пластмассы на основе природных и нефтяных асфальтов и смол, полученных при сухой перегонке различных органических веществ.

Пластмассы классифицируются также по назначению и по роду наполнителя (композиционные, слоистые, без наполнителя).

Пластмассы класса А. Полиэтилен — термопластичный мате­ риал, являющийся продуктом цепной полимеризации этилена СНг^СНг, который получается как побочный продукт при пере­ работке нефти. Реакция полимеризации полиэтилена протекает при высоких давлениях (1200—2500 ати) в присутствии инициаторов

478

(кислорода, перекиси бензоила) или катализаторов (хлористого алюминия, фтористого бора и др.) при нагреве до 200°. Полученный таким методом высокополимерный материал называется полиэти­ леном высокого давления (ВД).

При среднем давлении в 30—60 ати полимеризация происхо­ дит при 150—190° в присутствии в качестве катализаторов окиси хрома и окиси кремния (полиэтилен СД).

Важное значение для снижения стоимости, а следовательно, для широкого использования полиэтилена сыграло открытие воз­ можности его получения при низком давлении (1—5 ати) в присут­ ствии металлоорганических катализаторов. Полученный таким пу­ тем материал называют полиэтиленом низкого давления (НД1.

Полиэтилен отличается легкостью, химической и морозостой­ костью (до —70°), высокими диэлектрическими свойствами, хоро­ шей обрабатываемостью. Некоторые характеристики свойств поли­ этилена приведены в табл. 20.

Кислород воздуха очень медленно при низких температурах и сравнительно быстро при повышенных температурах окисляет по­ лиэтилен. Под действием солнечных лучей (ультрафиолетового об­ лучения) происходит фотоокисление полиэтилена, приводящее к резкому ухудшению его свойств. Для защиты от фотоокисления в полиэтилен вводят сажу, окись цинка. Недостатком полиэтилена является его низкая термостойкость и некоторая горючесть, котррая уменьшается при введении в него трехокиси сурьмы, хлориро­ ванных углеводородов и других добавок.

При обычной температуре полиэтилен примерно на 55—90% состоит из кристаллической фазы и на 10—45% из аморфной. На­ грев приводит к уменьшению кристаллической фазы за счет уве­ личения аморфной, что повышает его вязкость.

Полиэтилен используют для изоляции проводов, кабелей, про­ изводства деталей высокочастотных установок, радиоаппаратуры, труб, пленок, химических резервуаров, покрытий металлов и дру­ гих материалов, для упаковки пищевых продуктов и тары.

Поливинилхлорид (полихлорвинил) получается полимериза­ цией хлористого винила СНг = СНС1. Реакция протекает под влия­ нием света, тепла и различных инициаторов (органических и неор­ ганических перекисей). Полихлорвинил — термопластичный мате­ риал. Он отличается прочностью и высокой химической стойкостью.

Табл. 20. Физико-механические свойства полиэтилена

479

Недостаток его — невысокая стойкость к нагреванию и действию света.

Пластмассы из полихлорвинила разделяются на две группы. К первой группе относятся пластмассы, не содержащие пластифи­ каторов (непластифицированные), ко второй — пластифициро­ ванные.

Непластифицированный полихлорвинил получил название ви­ нипласта. Для его изготовления порошок полимера смешивают со

Винипласт отличается высокой химической стойкостью и тепло­ стойкостью. Из него изготавливают листы, пленку, трубы, стержни и др. Винипласт сваривается при температуре 180—200°, склеива­ ется, легко обрабатывается механическим путем и штамповкой. На его основе изготавливают плиточный пенопласт, применяемый в ка­ честве заполнителя, как звукоизоляционный и амортизационный материал.

Пластифицированный полихлорвинил отличается меньшей хрупкостью и лучшими физико-химическими свойствами. В качест­ ве пластификатора применяют фосфаты, фталаты, различные низ­ комолекулярные полимеры, а также синтетические каучуки. Пла­ стификаторы повышают морозостойкость и эластичность материала, одновременно снижая его химическую стойкость, диэлектрические свойства и теплостойкость.

Полистирол является продуктом полимеризации стирола (СбН5СН = СН2), находящегося в легких и оросительных маслах и других фракциях, получаемых при пиролизе нефти и сухой пере­ гонке угля. Это термопластичный материал, обладающий высокими диэлектрическими свойствами, практически абсолютной водостой­ костью, химической стойкостью к растворам кислот, и щелочей. Не­ достаток его — низкая термостойкость, горючесть и тенденция к растрескиванию при эксплуатации.

Полистирол применяется в промышленности средств связи, вы­ сокочастотной технике, радиотехнике, для производства пористых пластиков, бытовых предметов и. для других нужд. Изделия из по­ листирола получают литьем под давлением и экструзией.

Фторопласт — производный продукт этилена. Если в послед­ нем все атомы водорода заместить атомами фтора, то получится газ тетрафторэтилен CF2= CF2, который довольно легко полимеризуется в политетрафторэтилен — фторопласт-4 (тефлон):

Если в исходном мономере содержится хлор (CF2 = CFC1),'то получается фторопласт-3.

Фторопласт-4 отличается исключительной химической стой­ костью. Он стоек ко всем минеральным и органическим' кислотам, нерастворим ни в одном из известных растворителей, совершенно не смачивается. Он разрушается только под действием расплавлен­ ных щелочных металлов ъ фторированного керосина. К недостат­ кам фторопласта-4 относят ейо хладнотекучесть.

480

Фторопласт-4 сохраняет прочность в интервале температур от —190 до +250°. При нагреве свыше 327° фторопласт-4 становится аморфной массой, а выше 415° он разлагается и переходит в вязко­ текучее состояние. В связи с этим изделия из фторопласта-4 полу­ чают прессованием на холоде под давлением 300—350 кГ/см2. По­ лученные заготовки спекают при 365—385° с последующим охлаж­ дением. Быстрое охлаждение способствует сохранению аморфной формы (закалке), что обусловливает уменьшение хрупкости. Свар­ ку фторопласта производят специальными приемами, чаще все­ го с использованием флюсов. Его склеивание весьма затрудни­ тельно.

Фторопласт-4 применяют для изготовления уплотнительных де­ талей, химически стойких труб, кранов, мембран, деталей насосов, стойких фильтров, электро- и радиодеталей и т. д.

Фторопласт-3 обладает несколько худшими физико-химически­ ми свойствами, чем фторопласт-4. В некоторых растворителях он набухает, разрушается при действии расплавленных щелочных ме­ таллов и фтора. Из фторопласта-3 прессованием изготавливают плиты, а экструзией — трубы и шнуры. Детали машин и приборов изготавливают литьем под давлением и прессованием. Увеличение давления прессования приводит к повышению прочности фторо­ пласта-3. Его применяют для покрытия металлов.

Детали машин, соприкасающиеся с фторопластом-3, должны быть защищены от, коррозии или быть коррозиостойкими, так как при температуре литья он вызывает коррозию стали, а сам раз­ лагается.

Акрилопласты получаются на основе производных акриловой и метакриловой кислот. Это бесцветные, светостойкие смолы. Широ­ кое распространение имеет полимеризованный метиловый эфир метакриловой кислоты — полиметилметакрилат, получивший назва­ ние органического стекла или плексигласа. Плексиглас отличается от силикатного стекла эластичностью и легкостью. Он легко окра­ шивается в различные цвета, причем его окраска светостойка. Не­ достаток плексигласа — сравнительно низкие теплостойкость и твердость.

Пластмассы класса Б. Фенопласты, или фенолоальдегидные пластики, являются важнейшими поликонденсационными пластмас­ сами, которые получили широкое распространение в качестве кон­ струкционного материала.

Основным сырьем для получения фенолоальдегидных смол яв­ ляются фенолы и альдегиды. Фенолы выделяются из каменноуголь­ ной или сланцевой смолы либо синтезируются из пропилена и бен­ зола. Формальдегиды образуются в результате переработки мети­ лового спирта или метана. Получение фенолоформальдегидных смол основано на способности фенола и формальдегида при нагре­ вании и в присутствии катализаторов вступать в реакцию конден­ сации с образованием смол и выделенңем воды. В зависимости от соотношения фенола и альдегида, а также вида катализатора по^ лучаются смолы двух типов — новолачные и резольные.

481