Реактопласты и их свойства

Термореактивными пластмассами (реактопластами) являются: фенопласты, по­лучаемые на основе фенолоформальдегидных смол; аминопласты; материалы на основе по­лиэфирных, эпоксидных, кремний органических и других смол, получаемые исключительно реакцией поликонденсации. Термореактивные пластмассы при нагревании не расплавляются, а разрушаются и обугливаются, необратимо теряя способность к повторному формованию. Однако реактопласты по сравнению с термопластами обладают повышенной теплостойкостью и более высокими меха­ническими свойствами. Недостатком термореактивных полимеров является возникновение при затвердевании значительных усадок, структурной неоднородности и внутренних напряжений, приводящих к растрескиванию и деформации получаемых изделий.

Наименьшей усадкой обладают эпоксидные полимеры (0,5—2%), наибольшей — полиэфиры (около 10%). Поэтому при формовании термореактивных смол в их состав вводят специальные наполнители, снижающие усадку и растрескива­ние, а также себестоимость получаемых изделий. Многие термореактивные по­лимеры при отвердении выделяют низкомолекулярные вещества, образующие в пластмассах поры. Для устранения этого недостатка и получения плотной струк­туры материала, подготавливаемые смеси подвергают горячему прессованию, при котором происходит связывание наполнители и полимера и образование моно­литного изделия.

Фенопласты (фенолоформальдегидные смолы) - продукты поликонденсации фенолов с формальдегидом.

В зависимости от условий поликонденсации образуются резольные (термореактивные) или новолачные (термопластичные) смолы. Свойства фенопластов определяются отвержденной смолой - резитом, они стойки к бензину, маслам, органическим растворителям.

Фенопласты сохраняют свои свойства при длительном воздействии температуры 120° С, являются хоро­шими электроизоляторами, мало подвержены старению.

Недостатком фенопластов является выделение токсичных примесей и продук­тов деструкции - гомологов бензола, фенолов, формальдегида, особенно при контакте со щелочными средами и горячей водой. Продукты фотоокисления фенолов сообщают пластмассам темный цвет, поэтому фенопласты сразу окра­шивают в черный или коричневый цвет.

Из фенопластов производят прессование изделия - корпуса электросчетчиков и других приборов, детали и изделия технического назначения.

Аминопласты — это пластмассы на основе смол, получаемых поликонденса­цией мочевины и меламина с формальдегидом. Аминопласты стойки к действию бензина, ацетона, спир­та, кислот, хорошо сохраняют цвет. Их недостаток - склонность к растрескива­нию в результате выделения паров воды и формальдегида (продуктов реакции, продолжающейся после затвердевания).

В качестве наполнителей в аминопластах применяют древесную и хлопковую цел­люлозу, слюду, кварцевую и древесную муку и др. Основным методом получения изделий из пресс-порошков является горячее прессование. Аминопласты - бес­цветные и светостойкие материалы, легко окрашиваются в любые цвета, облада­ют хорошими декоративными свойствами. Применяются для изготовления пред­метов хозяйственного назначения, парфюмерной тары, галантереи, корпусов и трубок телефонов, выключателей и др. Изделия из аминопластов легко очища­ются от загрязнений моющими средствами, теплой водой и растворителями.

Полиэфирные смолы получают поликонденсацией многоосновных кислот (терефталевая, малеиновая и др.) и многоатомных спиртов (этиленгликоль, глицерин и др.). Их отличают хорошие механические и электроизоляционные свойства, стой­кость к влиянию атмосферы, масло и бензостойкость. Недостатком является вы­сокое водопоглощение и склонность к растрескиванию и хрупкости в про­цессе старения, для их устранения полиэфирные смолы подвергают модификации, используя при синтезе жирные кислоты, карбоксил- или гидроксилсодержащие соединения и др.

Широко используются пластмассы на основе термопластичных полиэфиров - полиэтилентерефталата, поликарбонатов, простых полиэфиров, а также терморе­активных полиэфиров - ненасыщенных полиэфиров.

Полиэтилентерефталат - сложный полиэфирдиметилтерефталата и этиленг­ликоля. Полиэтилентерефталат стоек к действию большинства органических растворителей, к термической деструкции, однако при температуре выше 140° С становится хрупким из-за структурирования в присутствии воды. Плавится при температуре 265⁰ С

Из полиэтилентерефталата получают прочные прозрачные пленки для упаковки медикаментов и продуктов, магнитные, кино- и фотопленки.

Поликарбонаты - сложные полиэфиры угольной кислоты и ароматических диоксисоединений (например, двухатомных фенолов). Поликарбонаты стойки к действию воды, водных растворов солей, минеральных и органических кислот, слабых растворов щелочей. Они влагостойки, атмосферо­стойки, имеют высокую температуру воспламенения (более 500° С) и не горят при удалении из пламени.

Прозрачность поликарбонатов позволяет использовать их для изготовления пленок, светильников и т. п. Хорошие механические свойства и стойкость к старению в широком интервале температур обусловливают примене­ние поликарбонатов в качестве деталей и корпусов различной аппаратуры, быто­вых электроприборов и других изделий.

Поликарбонаты перерабатывают литьем под давлением, экструзией, прессованием.

Полимеризацией формальдегида получают простой полиэфир — полиформаль­дегид, который по высокой прочности к истиранию и по усталостной прочности превосходит большинство термопластов. Имеет цвет слоновой кости, легко окрашивается. Применяется для изготовления различных деталей машин и устройств. Пе­рерабатывается методами прессования и литья под давлением, давая малую усадку.

Эпоксидные смолы - это олигомеры или мономеры, содержащие в молекуле не менее двух эпоксидных групп и способные превращаться в полимеры простран­ственного строения. Неотвержденные эпоксидные смолы - это вязкие жидкости или низкоплав­кие продукты, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в ацетоне и дру­гих органических растворителях (в спирте ограниченно растворимы).

Механизм отверждения заключается во взаимодействии эпоксидных и гидро­ксильных групп с реакционно-способными группами отвердителя или между со­бой. Отверждение при комнатной температуре происходит с отвердителями ос­новного характера (амины и их производные, низкомолекулярные полиамиды). Для завершения процесса отверждения и получения лучших свойств необходимо воздействие температуры 60-150°С в течение 4-10 часов в зависимости от вида и количества отвердителя и массы изделия.

Кремнийорганические полимеры — это высокомолекулярные соединения, содер­жащие атомы кремния и углерода в составе мономерного звена макромолекулы.

Важнейшими пластмассами кремнийорганических смол являются пресс-порош­ки, волокниты и стеклотекстолиты, производство которых аналогично получению пресс-материалов на основе фенолоформальдегидных смол. В пресс-порошках применяют минеральные порошкообразные наполнители; кремнийорганические стекловолокниты выпускают со стеклянными, кремнеземными, кварцевыми и ас­бестовыми волокнами; в стеклотекстолитах в качестве наполнителя используют стекло и асботкань.

Из пресс-порошков изготавливают детали электро- и радиотехнического назна­чения, обладающие высокой теплостойкостью и термостабильностью, механической прочностью, водостойкостью и стойкостью к действию многих неорганических кис­лот и органических растворителей. Волокниты со стеклянными, кремнеземными и кварцевыми волокнами отличаются высокой ударной вязкостью и электроизоля­ционными свойствами и применяются наравне со стеклотекстолитом главным об­разом для получения электроизоляционных изделий.

Газонаполненные пластмассы - пенопласты - отличаются малой плотно­стью и высокими тепло-, звуко- и электроизоляционными свойствами, водостой­костью и др. Недостаток пенопластов - их невысокая механическая прочность.

Пенопласты имеют строение отвердевших пен и могут находиться в жестком, полужестком и эластичном состоянии.

Жесткие пенопласты не выдерживают растя­гивающих нагрузок и непластичны, поэтому применяются либо в условиях сжа­тия, либо отсутствия нагрузок, а эластичные способны снижать вибрацию и используются в качестве амортизирующего материала. Вспенивание полимеров основано на введении в их состав специальных веществ (порофоров), которые при нагревании или в результате химических реакций выделяют газы, образуя поры.

Свойства пенопластов зависят от объема газовой фазы, находящейся в полимере, строения ячеек и химического строения полимера.

Газонаполненные материалы могут изготавливаться на основе большинства полимеров, но наибольшее прак­тическое значение получили пенопласты, получаемые из поливинилхлорида, поли­стирола, полиуретана, феноло- и мочевиноформальдегидных смол. Широкое рас­пространение получили пенопласты, получаемые смешиванием поливинилхлорида с метилметакрилатом и другими компонентами.

Газонаполненные материалы на основе полиуретанов - пенополиуретаны - обладают малой плотностью, механической прочностью, водостойкостью, устойчи­востью к действию растворителей и высокими электроизоляционными свойства­ми.

Промышленность выпускает как жесткие, так и эластичные пенополиуретаны. Жесткие материалы применяются в качестве покрытий в строи­тельстве. Строительные стенные конструкции, в которых внутренний слой состоит из пенополиуретана, а наружные - из деревянных листов, обладают хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами.

К эластичным пенополиуретанам относится поролон, который характеризуется высокими тепло- и звукоизоляционными и амортизационными свойствами. Эластичные пенополиуре­таны применяются для изготовления сидений автомобилей, подушек, ковриков, обивки мебели, а также в качестве тепло- и звукоизоляционных материалов.