Виды полимеров, используемых в технике

Материалы, получаемые на основе полимеров.На основе по­лимеров получают волокна, пленки, лаки, клеи, резины, пласт­массы и композиционные материалы (композиты).

Волокна получают путем продавливания растворов или расплавов полимеров через тонкие отверстия (фильеры) в плас­тине с последующим затвердеванием. К волокнообразующим полимерам относятся полиамиды, полиакрилонитрилы и др.

Полимерные пленки получают из расплавов полимеров методом продавливания через фильеры с щелевидными отвер­стиями или методом нанесения растворов полимеров на движу­щуюся ленту, или методом каландрования* полимеров. Пленки используют в качестве.электроизоляционного и упаковочного ма­териала, основы магнитных лент и т. д.

Лаки — растворы пленкообразующих веществ в органиче­ских растворителях. Кроме полимеров лаки содержат вещества, повышающие пластичность (пластификаторы), растворимые красители, отвердители и др. Применяются для электроизоля­ционных покрытий, а также в качестве основы грунтовочного материала и лакокрасочных эмалей.

Клеи — композиции, способные соединять различные мате­риалы вследствие образования прочных связей между их поверх­ностями и клеевой прослойкой. Синтетические органические клеи составляются на основе мономеров, олигомеров, полимеров или их смесей. В состав композиции входят отвердители, наполни­тели, пластификаторы и др.

Клеи подразделяются на термопластические, термореактив­ные и резиновые. Термопластические клеи образуют связь с по­верхностью в результате затвердевания при охлаждении от тем­пературы текучести до комнатной температуры или испарения растворителя. Термореактивные клеи образуют связь с поверх­ностью в результате отверждения (образования поперечных сши­вок), резиновые клеи — в результате вулканизации.

Пластмассы — это материалы, содержащие полимер, ко­торый при формировании изделия находится в вязкотекучем со­стоянии, а при его эксплуатации — в стеклообразном. Все пласт­массы подразделяются на реактопласты и термопласты. При фор­мовании реактопластов происходит необратимая реакция от­вердевания, заключающаяся в образовании сетчатой структуры. К реактопластам относятся материалы на основе фенолоформальдегидных, мочевиноформальдегидных, эпоксидных и других смол. Термопласты способны многократно переходить в вязкотекучее состояние при нагревании и стеклообразное — при охлаж­дении. Форма изделия из термопласта фиксируется при охлаж­дении. К термопластам относятся материалы на основе поли­этилена, политетрафторэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, полистирола, полиамидов и других полимеров.

Кроме полимеров в состав пластмасс могут входить пласти­фикаторы, стабилизаторы, красители и наполнители. Пластифи­каторы, например диоктилфталат, дибутилсебацинат, хлориро­ванный парафин, снижают температуру стеклования и повышают текучесть полимера. Антиоксиданты замедляют деструкцию по­лимеров. Наполнители улучшают физико-механические свойства полимеров. В качестве наполнителей применяют порошки (гра­фит, сажа, мел, металл и т. д.), бумагу, ткань. Особую группу пластмасс составляют композиты.

Композиционные материалы (композиты) — со­стоят из полимерной основы, армированной наполнителем в виде высокопрочных волокон или нитевидных кристаллов. Армирую­щие волокна и кристаллы могут быть металлическими, полимер­ными, неорганическими (например, стеклянными, карбидными, нитридными, борными). Армирующие наполнители в значитель­ной степени определяют механические, теплофизические и элек­трические свойства полимеров. Многие композиционные полимер­ные материалы по прочности не уступают металлам. Композиты на основе полимеров, армированных стекловолокном (стекло­пластики), обладают высокой механической прочностью (проч­ность при разрыве 1300—1700 МПа) и хорошими электроизоля­ционными свойствами. Композиты на основе полимеров, арми­рованных углеродными волокнами (углепластики), сочетают вы­сокую прочность и вибропрочность с повышенной теплопровод­ностью и химической стойкостью. Боропластики (наполнители — борные волокна) имеют высокую твердость и низкую ползучесть.

Применение полимеров

В настоящее время широко применя­ется большое число различных полимеров.

Полиэтилен [—СН2—СН2—]n - термопласт, получае­мый методом радикальной полимеризации при температуре до 320°С и давлении 120-320МПа (полиэтилен высокого давления) или при давлении до 5 МПа с использованием комплексных ката­лизаторов (полиэтилен низкого давления). Полиэтилен низкого давления имеет более высокие прочность, плотность, эластич­ность и температуру размягчения, чем полиэтилен высокого дав­ления. Полиэтилен характеризуется устойчивостью к агрессив­ным средам (кроме окислителей), влагонепроницаем, набухает в углеводородах и их галогенопроизводных. Хороший диэлектрик, может эксплуатироваться в пределах темпе­ратур от —20 до +100°C. Облучением можно повысить тепло­стойкость полимера. Из полиэтилена изготавливают трубы, элек­тротехнические изделия, детали радиоаппаратуры, изоляционные пленки и оболочки кабелей (высокочастотных, телефонных, си­ловых), упаковочный материал, заменители стеклотары.

Полипропилен [—СН(СН3)—СН2—]n — кристалличе­ский термопласт, получаемый методом стереоспецифической по­лимеризации. Обладает более высокой термостойкостью (до 120—140 °С), чем полиэтилен. Имеет высокую механическую прочность, стойкость к многократным изгибам и истиранию, эластичен. Применяется для изготовления труб, пленок, аккумуляторных баков и др.

Полистирол - термопласт, получаемый радикальной полимеризацией

стирола. Устойчив к действию сла­бых растворов кислот и щелочей, алифатических углеводородов, растворим в спиртах, ароматических углеводородах и кетонах. Полистирол обладает высокой механической прочностью и диэлектрическими свойствами и используется как высококачественный электроизоляционный, а также конст­рукционный и декоративно-отделочный материал в приборострое­нии, электротехнике, радиотехнике. Гибкий эластичный полисти­рол, получаемый вытяжкой в горячем состоянии, применяется для оболочек кабелей и проводов.

Поливинилхлорид [—СН2—СНС1—]n -термопласт, изготовленный полимеризацией винилхлорида. Устойчив к дейст­вию растворов кислот, щелочей и солей. Растворим в циклогексаноне, тетрагидрофуране, ограничено — в бензоле и ацетоне. Трудногорюч, механически прочен. Диэлектри­ческие свойства хуже, чем у полиэтилена. Применяется как изо­ляционный материал проводов и кабелей, а также как химически стойкий конструкционный материал, который можно соединять сваркой.

Политетрафторэтилен (фторопласт) [—CF2—CF2—]n - термопласт, получаемый методом радикальной полимеризации тетрафторэтилена. Обладает исключительной химической стой­костью к кислотам, щелочам и окислителям. Прекрасный диэлек­трик. Имеет очень широкие температурные пределы эксплуатации (от —270 до +260 °С) (при 400 °С разлагается с выделением фтора). Не растворяется в органических растворителях, не сма­чивается водой. Фторопласт используется как химически стойкий конструкционный материал в химической промышленности. Как лучший диэлектрик применяется в условиях, когда требуется со­четание электроизоляционных свойств с химической стойкостью. Кроме того, его используют для нанесения антифрикционных, гидрофобных и защитных покрытий.

Полиметилметакрилат (плексиглас)

- термопласт, получаемый методом полимеризации метилметакрилата. Механически прочен, устойчив к дейст­вию кислот, щелочей, бензина, масла, атмосферостоек. Раство­ряется в дихлорэтане, ароматических углеводородах, кетонах, сложных эфирах. Бесцветен и оптически прозрачен. Применяется в электротехнике, радиотехнике и приборостроении, лазерной технике, как конструкционный материал, а также как основа клеев.

Полиамид — термопласт, содержащий в основной цепи амидогруппу —NH—СО—, например, поли- -капроамид (капрон) [—СО—NH—(CH2)5—]n., полигексаметиленадипинамид (найлон) [—NH(CH2)6NHCO(CH2)4CO—]n, полидодеканамид [—NH—(СН2)11—СО—]n, и др. Их получают как поликон­денсацией, так и полимеризацией. Плотность полимеров 1,0— 1,3 г/см3. Характеризуются высокой прочностью, износостойко­стью, диэлектрическими свойствами. Устойчивы в маслах, бензи­не, разбавленных кислотах и концентрированных щелочах. При­меняются для получения волокон, изоляционных пленок, конст­рукционных, антифрикционных и электроизоляционных изделий.

Синтетические каучуки (эластомеры) получают эмульсионной или стереоспецифической полимеризацией. При вулканизации превращаются в резину, для которой характерна высокая эластичность. Промышленность выпускает большое чис­ло различных синтетических каучуков (СК), свойства которых зависят от типа мономеров. Многие каучуки получают совмест­ной полимеризацией двух и более мономеров. Различают СК общего и специального назначения. К СК общего назначения относят бутадиеновый [—СН2—СН=СН—СН2—]n и бутадиен-стирольный [—СН2—СН=СН—СН2—]n[—СН2—СН(С6Н5)—]n. Резины на их основе используются в изделиях массового назначения (шины, защитные оболочки кабелей и проводов, ленты и т.д.). Из этих каучуков также получают эбонит, широко используемый в электротехнике. Резины, получаемые из СК специального назначения, кроме эластичности харак­теризуются некоторыми специальными свойствами, напри­мер бензо- и маслостойкостью, бензо-, масло- и теплостойкостью, негорючестью, износостойкостью,