Файл: Гуреев, А. А. Автомобильные эксплуатационные материалы учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 101
Скачиваний: 1
Гетероцепные полимерные соединения, кроме углеродных атомов, содержат в основной цепи и другие атомы: кислород, азот, фосфор и др.
I I
...—N —С—С—С—N —С—С—С—...
Особую группу представляют элементоорганические соединения, у которых основная цепь содержит атомы металлов: кремния, титана, алюминия и др.
Я |
Я |
Я |
1 |
J |
I |
—Si—О—Si—О—Si—О—..., |
||
|
I |
I |
Я |
Я |
я |
где R — органический радикал.
Структура строения макромолекул полимеров может быть линей ной, разветвленной, сетчатой или пространственной.
Характер расположения макромолекул в полимере в значительной мере определяет его физико-химические свойства.
В основе получения искусственных полимеров лежат процессы полимеризации и поликонденсации. Реакцией полимеризации назы вается получение нового продукта с большим молекулярным весом из низкомолекулярных веществ-мономеров. Например, поливинил хлорид (—СН2—СНС1—СН2—СНС1—)„ образован из мономера хлори стого винила (СН2=СН2С1)„, где п — количество звеньев в молекуле. Реакция полимеризации протекает без выделения побочных продуктов.
Все процессы полимеризации объединяет то, что они протекают по месту разрыва двойных связей в молекулах мономеров. Следова тельно, если связь углерода с углеродом ненасыщена, соединения мо гут вступать во взаимодействие с однотипными или разнотипными мо лекулами и образовывать более сложные соединения. Образование по лимерного соединения из двух различных мономеров называют совме стной полимеризацией или сополимеризацией. Сополимеризация дает возможность получать несколько типов совместных полимеров.
Таким образом, можно получить большое количество полимеров с различной структурной формулой и регулировать в требуемом на правлении свойства высокомолекулярных соединений.
Количество подобных соединений может быть увеличено, если орга нические радикалы сочетать с галоидными: хлором, фтором и др.
Ктаким соединениям относятся фторопласты, эпоксидные соединения. Реакция конденсации отличается от реакции полимеризации тем,
что взаимодействие между собой мономеров сопровождается выделе нием низкомолекулярных побочных веществ, воды и т. д.
К продуктам поликонденсации относятся, например, фенопласты, образующиеся в результате взаимодействия фенола с формальдеги дом. Реакции полимеризации и поликонденсации протекают при опре деленных условиях (температура, давление, инициатор, катализатор,
243
растворитель и др.), которые обеспечивают раскрытие двойных свя зей, перемещение и взаимодействие функциональных групп и необра тимый рост макромолекул полимера.
С помощью этих реакций получают большое количество полимеров. Наполнители служат для придания пластическим массам нужных физико-химических свойств. Введение в полимеры различных волокон (хлопчатобумажных, асбестовых, стеклянных и т. д.) повышает их прочность; такие пластмассы носят название волокнитов. При введе нии в полимер различных тканей, бумаг и других материалов получа
ют особо прочные пластмассы — слоистые пластики. Пластификаторы вводят в пластические массы для понижения их
хрупкости.
Для повышения стойкости пластмасс против окисления кислородом воздуха при повышенных температурах и воздействии света добавля ют антистарители (антиокислители).
Введение красителя в состав пластмасс позволяет получить изделие требуемого декоративного вида.
Пластические массы в зависимости от химической природы поли меров, согласно ГОСТу, разделены на четыре класса.
К л а с с А. Пластические массы на основе высокомолекулярных соединений, получаемых цепной полимеризацией: полиэтилен, поли пропилен, винипласт и пластикаты на основе поливинилхлорида, полиизобутилен, фторопласты, полистирол и его сополимеры, этинопласты (поливинилбутироль и др.), актилопласты и др.
К л а с с Б. Пластические массы на основе полимеров, получае мых поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией: фенопласты с различными наполнителями (пресс-порошки, волокниты, текстолиты, стекловолокниты, фаолит и др.), аминопласты, мелалит, эфиропласты, полиамиды (капрон и др.), уретанопласты, эпоксипласты и др.
К л а с с В. Пластические массы на основе химически модифи цированных природных полимеров. К ним относятся пластические
массы на |
основе производных целлюлозы (целлулойд, |
этролы), |
галолит. |
Г. Пластические массы на основе природных |
нефтя |
К л а с с |
ных асфальтов и смол: битумопласты с различными наполнителями. В зависимости от свойств полимера пластические массы делят на
две основные группы: термореактивные и термопластичные. Термореактивные пластмассы содержат такой полимер, который
обладает пластическими свойствами только на первой стадии затверде вания. После затвердевания повторный нагрев таких полимеров не приводит их к размягчению пли плавлению. К этой группе относят фенопласты, аминопласты, эфиропласты и другие пластические массы, которые входят в класс В и частично в класс Б.
Термопластичные полимерные соединения при нагревании приоб ретают пластические или даже вязко-текучие свойства, а при охлаж дении вновь возвращаются в твердое состояние. Пластические массы па их основе можно неоднократно переводить из одного состояния в другое без ухудшения основных физико-химических свойств. К ним относятся все пластмассы класса А и частично класса Б.
Основные преимущества пластических масс по сравнению с други ми материалами сводятся к следующему.
Пластмассы имеют невысокую плотность (0,9—2,2, а пористые — 0,2 г/см3 и ниже), поэтому автомобильные детали из пластмасс обычно в несколько раз легче, чем из металла.
Пластмассы обладают меньшей теплопроводностью, чем металлы. Большая часть пластмасс является диэлектриками и служит незаме нимым материалом для изделий электрооборудования автомобиля. Как правило, пластмассы обладают высокой стойкостью к воздействию кислот, щелочей, технических жидкостей, растворителей, воды и т. д.
Изделия из пластмасс более технологичны, чем изделия из металла, так как их получают одной-двумя простейшими технологическими операциями.
Однако пластмассы имеют и существенные недостатки. Механи ческая прочность деталей из пластмасс обычно ниже прочности метал лических изделий. При низких температурах большинство пластмасс становится ломкими и хрупкими. После длительного действия постоян ной нагрузки прочность пластмасс, особенно на базе термопластов, понижается. Для повышения жесткости изделия из пластмасс иногда армируют металлом.
Рабочий температурный интервал у пластмасс значительно уже, чем у сталей. Влияние температуры на размеры деталей из пластмасс и их прочностные свойства проявляется в большей степени, чем на металлических деталях.
В результате длительного воздействия света, тепла, кислорода воздуха ухудшается окраска изделий из пластмасс, теряется блеск, появляются трещины, ухудшаются механические свойств, т. е. проис ходит старение пластмассы.
Пластические массы имеют значительно больше преимуществ, чем |
|
недостатков. |
Многие недостатки устраняют путем создания новых |
пластмасс с |
улучшенными эксплуатационными свойствами. Состав |
и свойства |
наиболее распространенных пластических масс описаны |
ниже.
Термопласты
Термопластичные |
полимерные |
соединения обладают свойствами |
||
неоднократно плавиться и затвердевать при охлаждении |
без изме |
|||
нения свойств материала. К ним |
относят все |
пластмассы |
класса А |
|
и частично класса Б |
(полистирол, |
полиэтилен, |
винипласт и др.). |
|
Термопласты выпускаются с наполнителем и без наполнителя. Для улучшения антифрикционных свойств, повышения теплопровод ности, износоустойчивости в полиамиды и фторопласты вводят напол нители: графит, молотый кокс, свинец, бронзу, дисульфид молибдена, стекловолокно и др. Тальк, каолин, мел и другие порошкообразные материалы удешевляют пластифицированный поливинилхлорид и по вышают его износоустойчивость. Рубленное стекловолокно вводят в тер мопласты с целью повышения жесткости, механической прочности и уменьшения ползучести.
Ненаполненные товарные термопласты вырабатывают пластифи цированные (поливинилхлорид и этрол) и непластифицированиые. В качестве пластификаторов применяют дибутилфталат, диоктилфталат, смеси эфиров высших спиртов и фталевой кислоты, дибутилбензилфталат и др.
Свойство термопластов сохранять свою пластичность при много кратном нагревании и охлаждении позволяет применять разнообраз ные способы переработки: экструзию, литье под давлением, вакуум- и пневмоформирование.
Экструзией называется процесс непрерывного выдавливания (шприцевания, шнекования) материала, находящегося в вязко-теку чем состоянии, через отверстие определенного профиля. Экструзией перерабатывают большинство термопластов, из которых получают трубы и профильные изделия, пленки, листы, электроизоляционные и влагозащитные покрытия. Преимущества экструзионного способа переработки пластмасс в том, что он обеспечивает непрерывность и ста бильность процесса, высокую производительность, экономичность, универсальность и автоматизацию процесса.
Литье под давлением осуществляется на высокопроизводительных машинах. Этот способ дает возможность изготавливать изделия сложнейших конфигураций за короткое время. Автоматизация процес са и экономичное расходование материала обеспечивают этому спосо бу большое распространение.
Усадка аморфных термопластов достигает порядка 0,4—0,6%. Термопласты кристаллического строения имеют большую усадку, доходящую до 3%. Кроме температурной усадки, может происходить усадка вследствие изменения структуры полимера. Чем ниже темпера тура термопласта и выше давление в процессе литья, тем меньше усад ка, больше плотность материала в изделии.
Свойства готовых изделий из термопластов и область их примене ния определяются типом использованного полимера. Рассмотрим основные полимеры, применяющиеся в качестве термопластов.
Полиэтилен — высокомолекулярный полимер линейного строения с небольшим числом боковых ответвлений. Его получают путем поли меризации газа этилена (Н2С=СН2).
При промышленном производстве полиэтилен получают при раз личном давлении. Полиэтилен высокого давления (ВД) получают при давлении 1500, среднего давления (СД) — при 50 и полиэтилен низкого давления (НД) большой плотности — при 5—6 кгс/см2. Эти марки по лиэтиленов имеют различные механические свойства (табл. 79). Полиэтилен высокого давления (ВД) — мягкий, эластичный материал, напоминающий парафин, выпускается в виде роговидных гранул.
Полиэтилены низкого и среднего (НД и СД) давлений обладают большой плотностью, прочностью при разрыве, повышенной тепло стойкостью и газонепроницаемостью.
При обычных температурах часть полиэтилена находится в кристал лической форме (от 55 до 92% в зависимости от метода получения), часть в аморфной. С повышением температуры в полиэтилене умень шается содержание кристаллической фазы и увеличивается содержа-
24G
Т |
а б л |
и ц а 79 |
С в о й ств а |
п о л |
и э т и л е н а |
|
Показатели |
|
Полиэтилен |
Полиэтилен |
Полиэтилен СД |
|||
|
|
ВД (низкой |
НД (высокой |
|||||
|
|
|
|
|
плотности) |
плотности) |
|
|
М о л ек у л я р н ы й |
в ес |
|
|
1 0 0 0 |
- 4 5 0 0 0 |
70 0 0 0 — 4 0 0 000 |
6 0 0 0 0 — 4 0 0 0 0 0 |
|
С т еп ен ь к р и с т а л л и ч н о с т и , % |
5 3 — 67 |
8 0 — 90 |
8 6 — 9 3 |
|||||
П л о т н о ст ь , к г /м 3 |
|
|
9 1 8 — 93 5 |
9 4 5 — 95 5 |
9 6 0 — 9 7 0 |
|||
М о д у л ь |
у п р у г о с т и |
п р и |
и зг и б е , |
1 5 0 0 — 2 500 |
5 50 0 — 8 000 |
8 0 0 0 — 10 50 0 |
||
к г с /с м 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
П р ед ел |
т е к у ч е с т и |
п р и |
р а с т я ж е - |
9 0 — 100 |
2 2 0 — 26 0 |
2 5 0 - 3 0 0 |
||
нии , |
к г с /с м 2 |
|
|
|
|
|
|
|
П р е д е л п р о ч н о ст и , |
к г с /с м 2: |
|
|
|
|
|||
п р и |
р а с т я ж е н и и |
|
|
120— 160 |
2 2 0 — 32 0 |
2 7 0 — 330 |
||
» |
и зги б е |
|
|
|
120— 170 |
2 2 0 — 35 0 |
2 5 0 — 400 |
|
О т н о си т ел ь н о е |
у д л и н е н и е |
п р и р а з- |
150 — 160 |
4 0 0 — 80 0 |
4 0 0 — 90 0 |
|||
р ы в е, |
% |
|
|
|
|
|
|
|
Т в е р д о с т ь п о Б р и н ел л ю , к г с /м м 2 |
1 . 4 - 2 , 5 |
4 , 5 - 5 , 8 |
5 ,6 — 6 ,5 |
|||||
Т е м п е р а т у р а п л а в л ен и я , |
°С |
105— 108 |
1 2 0 — 125 |
127 — 130 |
||||
М о р о зо ст о й к о с т ь (т е м п ер а т у р а |
Н и ж е — 70 |
Н и ж е — 70 |
— 70 |
|||||
х р у п к о с т и ), °С |
|
|
|
|
|
1017 |
||
У д е л ь н о е о б ъ ем н о е |
э л е к т р и ч е с к о е |
1017 |
1017 |
|||||
с о п р о т и в л ен и е , О м -с м
ние аморфной. При температуре выше температуры плавления (ПО— 130° С) весь полиэтилен становится аморфным.
Полиэтилен обладает высокими электроизоляционными показа телями, химической стойкостью к большинству кислот и щелочей. Концентрированная серная кислота при температуре 50° С незначи тельно изменяет полиэтилен, концентрированная азотная кислота при температуре выше 40° С разрушает его. Полиэтилен при низких темпе ратурах не растворяется в растворителях, он способен набухать в угле водородах и их галоидных производных. В бензоле, толуоле, ксилоле, декалине, четыреххлористом углероде полиэтилен можно растворить при температуре 80° С. При охлаждении растворов полиэтилен выпа дает в осадок.
Полиэтилен склонен к старению. Добавление 2—5% сажи повы шает устойчивость полиэтилена к действию солнечного света, задер живает его старение.
Полистирол получают полимеризацией стирола (винилбензола — С8Н7) — жидкого синтетического продукта. По внешнему виду поли стирол — аморфный порошок, который после плавления и охлаждения прозрачен и бесцветен. Полистирол хорошо перерабатывается в из делия литьем под давлением в широком интервале температур и давле ний. Полистирол обладает высокими диэлектрическими свойствами, хорошей водо-, щелоче- и кислотостойкостью. Недостатком чистого полистирола является низкая теплостойкость (до +80° С) и повышен ная хрупкость. В промышленности получили распространение сопо лимеры стирола с метилметакрилатом марок МСН, МС-2 и МС-3. Этот сополимер эластичен, имеет повышенную теплостойкость, стоек к воз действию бензина, масел.
2 4 7