Пластмаси без наповнювача

Органічне скло - полярний аморфний полімер поліметилметакрилат. Органічне скло (ГОСТ 15809-70) застосовується в інтервалі температур -180...+80°С. Переваги органічного скла: поєднання легкості (у два рази легше за силікатне скло), міцності (по міцності на вигин перевершує силікатне скло в 7 разів, прозорості (пропускає понад 99% сонячного світла). Відрізняється легкістю обробки різанням, склеюється, зварюється, полірується, має можливість фарбування і красивий вид виробу. По міцності і жорсткості органічне скло краще багато термопластів, ударна в'язкість невелика, але вона мало міняється у всьому інтервалі робочих температур. Органічне скло стійке до лугів, розбавлених кислот, палива, мастил. У воді воно небагато набухає (поглинає до 2% води при 100% вологості), але це мало відбивається на властивостях. Органічне скло розчинно в дихлоретані і інших розчинниках і тому легко склеюється. Органічне скло виняткове стійко проти атмосферного старіння.

Недоліки органічного скла: невисока стійкість в кислих середовищах, низька теплостійкість, горючість (при температурі вище 300°С), схильність до розтріскування під напругою - поява "срібла", тобто ділянок з дрібними тріщинами, на яких повністю відбивається світло. Органічне скло погано чинить опір стиранню.

Органічне скло застосовують для скління промислових будівель, світлотехнічних пристроїв і світловодів, світильників, годинних стекол, автомобільних фар, запобіжних щитків на верстатах і машинах. Як діелектрик органічне скло застосовують для виробів, що поєднують електричну міцність і стійкість проти старіння. Для збільшення міцності, ударної в'язкості і опору розтріскуванню листи органічного скла піддають двовісній витяжці.

22.3.4. Пластмаси з газоповітряним наповнювачем

Газоповітряні (комірчасті) пластмаси отримують з термопластичних і термореактивних полімерів хімічним і фізичним способами. При хімічному способі комірчаста газонаповнена структура утворюється при термічному розкладанні газоутворювачів і взаємодії компонентів; при фізичному - в результаті інтенсивного розширення розчинених газів при зниженні тиску або підвищення температури, а також їх механічного диспергування. У газоповітряних пластмасах пори займають 90...98% об'єму матеріалу.

Газоповітряні пластмаси підрозділяють залежно від характеру пор на пінопласти і поропласти (торгова назва - поліуретан). Пінопласти мають переважно закриті пори у вигляді осередків, розділених тонкими перегородками, а поропласти мають пори, що поєднуються. Існують матеріали із змішаною структурою.

Щільність комірчастих пластмас залежить від щільності полімеру і змісту газоутворювача і складає 10...200 кг/м³. Найбільш легкими є карбомідні поропласти (наприклад: міпора - має щільність 10...20 кг/м³).

Комірчасті пластмаси в більшості випадків руйнуються поступово і не мають явно вираженої межі міцності. Міцність їх визначають зазвичай при відносній деформації, що становить 2... 10%. Порівняно високі міцністні показники дають пінопласти полістиролів і полівінілхлоридів. При щільності 40...70 кг/м³ їх межа міцності при стисненні досягає 0,3... 1 МПа, а при розтягуванні 0,8..1,9 МПа. Жорсткі піно- і поропласти гнучкі і еластичні. Міцністні показники комірчастих пластмас знижуються при зволоженні.

Для комірчастих пластмас характерні підвищені деформації повзучість, особливо інтенсивна при великих навантаженнях і дії атмосферних чинників.

Комірчасті пластмаси дуже мало теплопровідні. Теплостійкість піно- і поропластів на основі термопластичних полімерів складає 60...70°С. Більшість газоповітряних пластмас горючі. Комірчасті пластмаси мають високе водопоглинання (малим водопоглинанням характеризуються матеріали із замкнутими порами). В той же час комірчасті пластмаси відрізняються водостійкістю і не загнивають. Найбільшу атмосферостійкість мають полістирольні і полівінілхлоридні пінопласти, знижену - фенольні. Пінопласти радіопрозорі. Поропласти за звичайних температурних умов мають хороше звукопоглинання.

Пінопласти застосовують для теплоізоляції кабін, контейнерів, приладів, холодильників, рефрижераторів, труб і ін. У будівництві вони використовуються при виробництві ізоляційних виробів, а в радіо- і електронній техніці для заливки деталей, оскільки, будучи легким заповнювачем, пінопласт підвищує питому міцність, жорсткість і вібростійкість силових елементів конструкцій. Поролон застосовують при виготовленні амортизаторів, м'яких сидінь, а в будівництві у вигляді плит і шкаралуп для утеплення стін і покриттів, теплоізоляції промислового устаткування і трубопроводів при температурі до 60°С.

Лекція 20

23. Гумовотехнічні матеріали і вироби з них.

23.1.Загальні відомості.

Гума – штучний матеріал, який отримують спеціальною обробкою (вулканізацією) суміші каучуку з різними добавками.

При вулканізації синтетичних каучуків їх макромолекули зв'язуються поперечними зв'язками ("містками" з сірки), що дозволяє підвищити механічну міцність, еластичність і теплостійкість отримуваних матеріалів – вулканізованого каучуку і гуми. На відміну від каучуку гума не має пластичних деформацій і не розчиняється в органічних розчинниках. При нормальній температурі гума знаходиться у високоеластичному стані, її властивості зберігаються в широкому діапазоні температур.

Основні споживчі властивості гумових матеріалів:

- щільність (910 ... 2050 кг/м³);

- низька теплопровідність;

- еластичність (Е = 1...10 МПа; δ = 1000%);

- нестискувана (μ = 0,4...0,5);

- високі діелектричні властивості;

- хімічна стійкість;

- низькі газо- і водопроникність;

- високий опір розриву і зносу.

В даний час гумові матеріали класифікуються:

- по вигляду сировини

- по вигляду наповнювача;

- по ступеню впорядкування макромолекул і по пористості;

- по технологічним способам переробки;

- за типами теплового старіння;

- по зміні об'єму після перебування в нафтовій рідині.

Класифікація по вигляду сировини враховує найменування каучуку, що з'явилявся початковою сировиною при виробництві гумових матеріалів:

НК - натуральний каучук

СКБ - синтетичний каучук бутадіеновий

СКС - бутадієнстірольний каучук

СКІ - синтетичний каучук ізопрен

СКН - бутадієннітритний каучук

СКФ - синтетичний фторовмісний каучук

СКЕП - сополімер етилену з пропиленом

ХСПЕ – хлорсульфополіетилен

БК - бутилкаучук

СКУ - поліуретановий каучук.

По своєму виду наповнювачі для гумових матеріалів розрізняються на порошкоподібні і тканини.

По ступеню впорядкування макромолекул і пористості гумові матеріали можуть бути м'які, жорсткі (ебонітові), пористі (губчасті) і пастоподібні.

Серед технологічних способів переробки для гумових матеріалів використовуютьсявитискування, пресування і литво.

По тепловому старінню існує сім типів: Т07; ...; Т25.

По зміні об'єму після перебування в нафтовій рідині розрізняють сім класів: К1;...;К7.

Умовне позначення гум виконується по ГОСТ 19198-73.

23.2. Склад гумових матеріалів

Основним компонентом гумових матеріалів є каучук.

Як добавки при виробництві гумових матеріалів використовуються вулканізуючи речовини, прискорювачі вулканізації, активатори прискорювачів, наповнювачі, протизістарювачи, пластифікатори іфарбники.

Вулканізуючи речовини (вулканізатори) - обов'язкові компоненти гумових матеріалів; вони беруть участь в утворенні просторово-сітчастої структури гуми. Найширше застосовується для вулканізації сіра. Її кількість в гумових матеріалах може змінюватися від 1 до 40% маси каучуку, при цьому збільшення змісту приводить до зростання твердості і жорсткості гумових матеріалів. При максимально можливому насиченні каучуку сіркою утворюється твердий і жорсткий матеріал, названий ебоніт. Ебоніт володіє високою хімічною стійкістю, хорошими діелектричними властивостями, легко обробляється, але має низьку теплостійкість.

Разом з сіркою, в якості вулканізаторів застосовуються селен і тіурам - органічна сірчиста сполука, на відміну від сірки що не взаємодіє з міддю. Використання тіурама викликане технічними вимогами до гумових матеріалів, призначених для електротехнічної промисловості.

Прискорювачі вулканізації застосовуються для підвищення техніко-економічних показників процесу вулканізації, оскільки вони впливають на режим вулканізації і фізико-механічні властивості вулканізуючих речовин. Як прискорювачі вулканізацію використовують оксиди свинцю і магнію, а також різні полісульфіди в кількості до 1,5% маси каучуку. Активаторами прискорювачів є цинкові білила і магнезія.

Наповнювачі використовуються у виробництві як для зниження вартості гумових матеріалів, так і для додання їм необхідних фізико-механічних і споживчих властивостей. Серед порошкоподібних наповнювачів найбільш широке застосування знаходять сайодин, крейда, тальк, а як тканини-наповнювачі використовуються корд, бельтинг, рукавні та інші тканини з кручених синтетичних (рідше бавовняних) ниток підвищеної міцності. Характер взаємодії наповнювачів з каучуком визначає їх як активні (наприклад, сажа підвищує механічні властивості), або інертні (крейда і тальк здешевлюють вартість гумових матеріалів). Як наповнювач часто вводять регенерат– продукт переробки старих гумових виробів і відходів гумового виробництва. Окрім зниження вартості регенерат підвищує якість гуми, знижуючи її схильність до старіння. Кількість наповнювачів визначається як інше по масі каучуку після визначення змісту необхідних добавок.

Протизістарювачи (антиоксиданти) уповільнюють процес старіння і забезпечують експлуатаційні властивості гумових матеріалів. Розрізняють хімічні і фізичні протизістарювачи . Хімічні антиоксиданти (альдоль, неозон і ін.) затримують окислення каучуку, а фізичні (парафін, віск і ін.) - створюють захисні плівки.

Пластифікатори (пом'якшувальні засоби) полегшують переробку гумової суміші і забезпечують поєднання каучуку з наповнювачем. Як пластифікатори застосовують каніфоль, парафін, стеаринову кислоту і ін. Кількість пластифікаторів може складати 30% маси каучуку. Пластифікатори підвищують пластичність і (або) еластичність, а також морозостійкість гуми.

Фарбники в гумових матеріалах також як і антиоксиданти використовуються для підвищення експлуатаційних властивостей. Так, наприклад, білі, жовті і зелені фарбники захищають від світлового старіння. Як фарбники застосовують вохру, ультрамарин і ін., в кількості до 10% маси каучуку. Для отримання світло фарбованих гум, призначених для роботи в умовах підвищених температур, замість найбільш поширеного наповнювача - сажі, використовують оксиди кремнію або титану.

23.3. Класифікація гумових матеріалів за призначенням і області застосування

Гумові матеріали ділять на групи загального і спеціального призначення.

Для гум загального призначення основними компонентами є неполярні каучук – НК, СКИ, СКС і СКБ. Гуми на основі НК відрізняються високою еластичністю, міцністю, водо- і газонепроникністю, високими електроізоляційними властивостями Найбільшого поширення в промисловості набули гуми на основі СКС (СКС-10, СКС-30, СКС-50). Ці гуми добре працюють при багатократних деформаціях, з хорошим опором старінню; по газонепроникності і діелектричним властивостям, рівноцінні гумам на основі НК.

Гумові матеріали загального призначення використовуються для виробництва виробів, що працюють у воді, на повітрі, в слабких розчинах кислот і лугів при температурі експлуатації -35...+130°С. Такими виробами є шини, рукави, конвеєрні стрічки, ізоляція кабелів і ін.

Гумові матеріали спеціального призначення діляться на бензиномаслостійкі, хімічно стійкі, корозійностійкі, світлоозоностійкі, тепло- і морозостійкі, електротехнічні і зносостійкі.

Бензиномаслостійкі гумові матеріали виготовляють на основі наірита, тіоколу, СКН і ін. типів каучуку. Їх основними споживчими властивостями є стійкість до дії гідравлічних рідин, масло-, бензино- і озоностійкість, а також водонепроникність. Гуми, стійкі до дії гідравлічних рідин виготовляють: для роботи в маслі - на основі СКН, для кремнійорганічних рідин на основі каучуку НК, СКМС і ін. Бензиномаслостійкі гуми на основі каучуку СКН можуть працювати в середовищі бензину, палива, масел в інтервалі температур -30...+130°С. Акрилатні гуми (марки БАК – теплостійкі, мають адгезією до полімерів і металів, стійкі до дії сірковмісних масел і кисню, але володіють малою еластичністю, низькою морозостійкістю і невисокою стійкістю до дії гарячої води і пари. З бензиномаслостійких гум виготовляють шини, варильні камери, діафрагми і ін. Акрилатні гуми широко застосовують в автомобілебудуванні.

Хімічно стійкі гумові матеріали виготовляють на основі бутілкаучука. Виробам з таких гум пред'являються підвищені вимоги по масло-, бензино-, розчиненно- і теплостійкості. Вони використовуються, наприклад, для транспортних стрічок для подачі горючих матеріалів.

Корозійностійкі гумові матеріали виготовляють на основі ХСПЕ. Вони є незамінним конструкційним матеріалам для виробів, що працюють в морській воді. Корозійностійкі гумові матеріали, крім того, не обростають при експлуатації водоростями і мікроорганізмами.

Світлоозоностійкі гумові матеріали виготовляють на основі насичених каучуків - СКФ, СКЕП, ХСПЕ і БК. Гуми на основі фторовмісного каучуку СКФ стійкі до теплового старіння, дії масел, палива, різних розчинників (навіть при підвищених температурах), вони негорючі, володіють високим опором стиранню, але мають низьку еластичність і малу стійкість до більшості гальмівних рідин. Гуми на основі СКФ і етиленпропіленових каучуків СКЕП стійкі до дії сильних окислювачів (HNO₃, Н₂О₃ і ін.), і не руйнуються при роботі в атмосферних умовах протягом декількох років. Гуми, на основі хлорсульфополіетиленового каучуку ХСПЕ застосовують як конструкційний матеріал (протикорозійні, що не обростає морській воді водоростями і мікроорганізмами покриття), для захисту від гамма-випромінювання. Гуми на основі бутілкаучука БК широко застосовують в шинному виробництві, а також виробів, що працюють у контакті з концентрованими кислотами і іншими хімікатами. Світлоозоностійкі гумові матеріали призначені для масло- і бензиностійких виробів - гнучких шлангів, діафрагм, ущільнювачів і ін.

Теплостійкі гумові матеріали виготовляють на основі НК, СКТ і СКС. Морозостійкими є гуми на основі каучуків, що мають низькі температури склування, наприклад, НК, СКС-10, СКТ. Ці гумові матеріали використовуються для надтепло- і морозостійких виробів, електротехнічних деталей і ін.

Електротехнічні гумові матеріали діляться на дві групи: ізоляційні і електропровідні. Електроізоляційні гумові матеріали виготовляють на основі неполярних каучуків, наприклад, НК, СКБ, СКС, СКТ і БК. Електропровідні гуми для екранованих кабелів отримують з каучуків НК, СКН, наірита з обов'язковими добавками сажі та графіту в кількості 65...70% по масі каучуку.

Зносостійкі гумові матеріали виготовляють на основі СКУ. Робочі темпери гум складають -30...+130°С. Вони призначені для виробництва шин, амортизаторів, буферів, клапанів, обкладань в транспортних системах для абразивних матеріалів і ін.