Петрова Непрод товары
.pdfПоликонденсационные смолы, к которым относятся фенолоальде- гидные, полиамидные, полиэфирные, эпоксидные и другие смолы, состав- ляют важную для промышленности группу полимеров.
Фенолформальдегидные смолы и пластмассы на их основе (фено-
пласты) получают поликонденсацией фенола С6Н5ОН и формалином (40%-й водный раствор формальдегида). Различают два типа смол: ново- лачные и peзольные (бакелитовые). Новолачные смолы образуются при избытке фенола и наличии кислого катализатора и являются термопласта- ми, резольные – реактопластами и получаются в присутствии щелочного катализатора и избытке формалина. Новолачные смолы имеют линейное строение, растворимы в спиртах и ацетоне, их растворы применяют глав- ным образом для изготовления спиртовых идитольных лаков и политур, а также в качестве связующих веществ в производстве абразивных инстру- ментов (кругов, брусков) и пресс-порошков. Резольные смолы под дейст- вием повышенных температур (160-1800С) способны переходить в неплав- кое, нерастворимое трехмерносшитое состояние. Из резольных смол изго- тавливают преимущественно пресс-порошки, слоистые и волокнистые пластики. Пресс-порошки широко применяются для изготовления различ- ных бытовых изделий методом горячего прессования при температуре 180 – 190 ° С и давлении 15 - 35 МПа. Их применяют в производстве элек- троустановочных изделий, деталей телефонных аппаратов, корпусов фото- аппаратуры и т.д. Недостатками фенопластов с порошковыми наполните- лями являются хрупкость и незначительная ударная прочность, что огра- ничивает применение этих фенопластов — малая светостойкость, поэтому их окрашивают в темные цвета. Кроме того, при контакте фенопластов с горячей водой выделяются токсичные вещества - фенол и формальдегид.
Фенопласты с волокнистыми наполнителями (волокнит, стеклово-
локнит, асбоволокнит, фаолит и др.) обладают лучшими механическими свойствами по сравнению с порошковыми фенопластами. Волокнит явля- ется пресс-материалом, в котором в качестве наполнителя использована
260
хлопковая целлюлоза. Из волокнитов изготавливают электроизоляционные материалы, шестерни, маховики, корпуса аппаратов и приборов и другие детали и изделия. Стекловолокнит получают на основе резольной смолы и стекловолокна или стеклонитей, используемых в качестве наполнителей. Стекловолокниты применяются для изготовления деталей и изделий кон- струкционного назначения, обладающих повышенной прочностью и элек- тросопротивляемостью. Асбоволокниты изготавливают па основе резоль- ных смол, в которых наполнителем служит волокнистый асбест. Асбово- локниты обладают высокими антифрикционными свойствами и тепло- стойкостью и применяются для изготовления тормозных колодок, деталей электродвигателей и приборов, работающих в условиях повышенных тем- ператур.
Большое распространение в промышленности получил фаолит – пресс-материал, представляющий собой композицию на основе резольной смолы и кислотостойкого наполнителя (асбест, графит и кварцевый песок). Фаолит применяется в качестве конструкционного материала при изготов- лении деталей и изделий, работающих в агрессивных средах, для получе- ния кислотостойких труб, арматуры, аппаратов и в качестве теплоизоляци- онного материала, для футеровки корпусов гальванических ванн.
Фенопласты со слоистыми наполнителями (слоистые пластики) из-
готавливают на основе резольных смол, наполнителей из тканей, бумаги и древесного шпона прессованием при температуре 150 – 160 °C и давлении
10 – 15 МПа. В зависимости от вида наполнителя слоистые фенопласты подразделяются на текстолит (наполнитель – ткань), стеклотекстолит (стеклянная ткань), асботекстолит (асбестовая ткань), асболит (асбестовая бумага), гетинакс (бумага), древесно-слоистые пластики (шпон). Слоистые пластики характеризуются высокими механическими свойствами и в ряде случаев заменяют сплавы из черных и цветных металлов. Различают лиг- нофоль, фанерит, бакелизированную фанеру и др. Древеснослоистые пла- стики обладают высокими механическими, антифрикционными и электро-
261
изоляционными свойствами, хорошей химической стойкостью. В качестве конструкционного материала слоистые пластики используются в авиаци- онной, электротехнической, текстильной и других отраслях промышлен- ности, а также в приборостроении, а в качестве антифрикционного - для изготовления подшипников скольжения и деталей других узлов трения в механизмах и сооружениях.
Аминоформальдегидные смолы и пластмассы на их основе (амино-
пласты) получают поликонденсацией формальдегида с аминами - моче- виной CO(NH2)2 и меламином (СN—NH 2)3. В первом случае образуется мочевиноформальдегидная смола, во втором — меламиноформальдегид- ная. Пластмассы на основе мочевиноформальдегидных смол легко окраши- ваются в различные яркие и светлые тона, обладают более высокой свето- стойкостью, лучшими гигиеническими свойствами, но уступают фенопла- стам по водо- и теплостойкости. Изделия из аминопластов можно исполь-
зовать при температурах 75–80 ° С. Меламиноформальдегидные пластмас-
сы (мелалиты) по сравнению с другими аминопластами более твердые, прочные, водо- и теплостойкие (120 ° С). Они имеют более высокие ди- электрические и гигиенические свойства. Спектр применения аминопла- стов очень широк, они используются в качестве клеев, пропиток, придаю- щих тканям несминаемость, а бумаге – водостойкость, и для изготовления прессованных изделий. Их применяют для изготовления деталей электро- осветительного оборудования (абажуры, колпаки, выключатели), посудо- хозяйственных, галантерейных товаров, товаров культурно-бытового на- значения. Допускается применение аминопластов для изготовления изде- лий, контактирующих с пищевыми сыпучими продуктами (но не для горя- чей пищи). Пресс-порошковые аминопласты применяют для изготовления галантерейных изделий, хозяйственных, электроустановочных товаров и т.д., на основе мочевиноформальдегидной смолы вырабатывают тепло- стойкий пористый пластик с малой объемной массой — мипору. Жидкие
262
смолы применяют в текстильной промышленности для придания тканям несминаемости, безусадочности, нанесения стойкого тиснения и т.д.
Слоистые аминопласты применяются главным образом в качестве декоративных материалов. Наполнитель может быть прозрачным, без ри- сунка или со специальным рисунком» имитирующим текстуру ценного де- рева или камня. Декоративные бумажно-слоистые пластики широко при- меняются для внутренней отделки помещений промышленного и граждан- ского назначения, салонов самолетов, вагонов и автобусов, кают судов и других целей. Недостаток аминопластов — высокое водопоглощение и растрескивание при эксплуатации.
Полиэфирные смолы - продукты поликонденсации многоатомных спиртов с многоосновными кислотами. Эти термореактивные полиэфир- ные пластмассы называют стирольными алкидными смолами. Важными представителями этого класса пластмасс являются также полиэтиленте-
рефталат, поликарбонат, алкидные смолы, ненасыщенные полиэфиры –
термопластичные полиэфиры линейного строения. В результате химиче- ского синтеза получают бесцветные, прозрачные, твердые, прочные, высо- коплавкие нерастворимые материалы, в которые в процессе приготовления могут быть введены наполнители, пигменты, пластификаторы и стабилиза- торы. Они широко применяются как связующие для слоистых материалов, покрытия, герметики и клеи. Однако наиболее важное применение арми- рованных стекловолокном полиэфиров – в производстве корпусов парус- ных и моторных лодок.
Алкидные смолы – термореактивные полимеры, образующиеся при взаимодействии бифункциональных кислот или их ангидридов с много- атомными спиртами, например, глицерином. Представители алкидных смол - глифталевые и пентафталевые смолы получают при взаимодейст-
вии фталевого ангидрида и глицерина, вторые — фталевого ангидрида и пентаэритрита. Образуется бесцветная, прозрачная, твердая, прочная вы-
263
сокоплавкая композиция, используемая для покрытия, в том числе при от- делке автомобилей, для получения клеев, олиф, лаков и эмалевых красок.
Полиэтилентеpефталат (лавсан) — представляет собой линейный термопластичный полимер с достаточно высокой степенью кристаллично- сти, твердый полимер белого цвета. Материал относится к классу кристал- лизующихся полимеров: при достаточно быстром охлаждении расплава до комнатных температур образуется аморфный прозрачный полимер, в даль- нейшем медленно кристаллизующийся. Отличается достаточно высокой температурой плавления (255 - 265 ° С), значительной плотностью (до 1450 кг/м3), а также хорошими диэлектрическими свойствами, сохраняющимися практически неизменными в присутствии влаги. Материал является хими- чески устойчивым: при комнатных температурах нерастворим в большин- стве органических растворителях, органических кислотах, жирах и воде. Предельное водопоглощение не превышает 1 %.
Используется в виде упругого и стойкого к истиранию волокна (по- лиэфирного или лавсанового), пленок для электроизоляции, лент для маг- нитных носителей информации, основы кино- и фотопленки, рентгенов- ской пленки, а также для упаковки пищевых продуктов, медицинских пре- паратов и химических реактивов. Высокопрочные лавсановые волокна, на- поминающие по ряду свойств шерсть, но превосходящие ее по устойчиво- сти к истиранию, находят широкое применение при изготовлении тканей, транспортерных лент, брезентов, рыболовных сетей, бензостойких шлан- гов и других важных изделий.
Поликарбонаты (дифлон) — сложные полиэфиры угольной кислоты и диоксисоединений. Наибольший интерес представляют линейные арома- тические поликарбонаты. Характеризуются сравнительно низкой степенью кристалличности (30–40 %), высокой температурой плавления (220– 270 ° С), хорошей теплостойкостью (150–165 ° С) и выдающейся морозо- стойкостью, лежащей в области температур минус 100 ° С.
264
Материал представляет собой преимущественно аморфный полимер, отличающийся высокой оптической прозрачностью, механической проч- ностью и большой стойкостью к ударным воздействиям, практически со- храняющимся неизменным в широком интервале температур от -150 до +200 ° С. Он хороший диэлектрик, физиологически безвреден, обладает низкой гигроскопичностью, устойчив к действию УФ-света, излучений вы- сокой энергии. Благодаря комплексу ценных свойств поликарбонаты яв- ляются одним из самых перспективных видов пластических масс и находят широкое применение.
Из него изготавливают детали и корпуса для электротехнической, светотехнической и радиоаппаратуры, часов, холодильников, труб, кранов, насосов. Физиологическая безвредность поликарбонатов позволяет широко применять их в медицинской промышленности для изготовления корпусов бормашин, зубных протезов, обладающих высокой прочностью и стабиль- ностью размеров, небьющейся медицинской посуды. Отсутствие запаха и вкуса, высокая ударостойкость, безвредность позволяют применять поли- карбонаты для изготовления посуды для горячей пищи, упаковочной тары, в том числе для хранения и транспортировки пищевых продуктов.
Ненасыщенные полиэфиры получают взаимодействием спиртов (гликоля и др.) с ненасыщенными двухосновными кислотами (малеиновой и метакриловой) или их ангидридами. Различают два типа смол: поли-
эфирмалеинаты и полиэфиракрилаты. Применяют их в качестве связую-
щего для получения стеклопластиков (изготовляют корпуса лодок, кате- ров, контейнеры, листы для кровли, раковины и др.) и мебельных лаков, отличающихся высокой адгезией, твердостью, блеском и химической стойкостью.
Полиамидные смолы — полимеры, содержащие в цепи амидную группу — СО—N Н—. Основными видами полиамидов, являются капрон - получаемый из капролактама, анид - синтезируемый из гексаметилендиа- мина и адипиновой кислоты, энант - получаемый поликонденсацией ами-
265
ноэнантовой кислоты. Это твердые, жесткие, непрозрачные, рогоподобные пластики с кристаллической структурой, температурой плавления, превы- шающей в большинстве случаев 200 ° С. Основные достоинства их — лег- кость, прочность на удар, хорошая диэлектрическая способность, морозо- стойкость (до минус 50 ° С) и высокая стойкость к истиранию. Полиамиды устойчивы к действию воды, хотя способны ее поглощать в количестве до 10 %. Недостатки — малая стойкость к действию света, низкая устойчи- вость к термо- и фотоокислению, действию отбеливающих хлорсодержа- щих веществ, ухудшение диэлектрических свойств при поглощении влаги.
Из полиамидов изготавливают товары хозяйственного назначения, сантехнические изделия, галантерейные изделия. Полиамиды используют- ся для изготовления труб, изоляционной оболочки кабелей, бесшумных шестеренок, деталей узлов трения. Способность полиамидов к вытягива- нию в нити с получением ориентированных систем высокой прочности по- зволяет получать из них синтетические волокна (капрон, найлон, анид), пленки и изделия – шнуры, канаты, рыболовные сети и т.д.
Полиуретановые смолы — это полимеры, в макромолекуле которых имеется уретановая группа —NH—CO—O—. Из полиуретановых смол наиболее широко применяют полиэфируретаны. Используют их в основ- ном в виде пенопластов. Эластичные пенопласты пенополиуретаны назы- вают поролоном. Поролон применяют в качестве утепляющего материала в швейных изделиях и обуви, как поделочный материал для игрушек, для упаковки бьющихся изделий, изоляции труб и для других целей. Недостат- ки — горючесть и низкая светостойкость. Из полиуретанов линейного строения изготовляют волокна, пленки, искусственные кожи, клеи, лаки.
Из природных полимеров для производства пластмасс используют преимущественно целлюлозу в виде ее сложных эфиров. Для их получения целлюлозу химически модифицируют. Нитроцеллюлозу (или нитрат цел- люлозы) получают обработкой хлопковой или древесной целлюлозы сме- сью азотной и серной кислот. Используют его для производства волокон,
266
пленок (кино- и фотопленки), листов (для отделки музыкальных инстру- ментов), изделий (галантерейных), получаемых литьевым формованием, а также покрытий и лаков. Ацетилцеллюлоза в отличие от нитроцеллюлозы негорюча, имеет более высокую тепло- и светостойкость, из нее изготов- ляют главным образом ацетатные искусственные волокна и пленки (кино- и фотопленки, пленку для упаковки пищевых продуктов).
5. Основы производства изделий из пластмасс
Переработка пластмасс – это комплекс технологических процессов, обеспечивающий получение полуфабрикатов или изделий из пластмасс с использованием специального оборудования. Технологический регламент получения изделий из пластмасс включает помимо основного процесса формования изделия целый ряд других мероприятий и операций. Одними из начальных этапов этого процесса являются проектирование рациональ- ной конструкции изделия и формующих инструментов (формы, насадки, головки и др.), а также выбор метода переработки и его технологического режима, разработка рецептуры композиций, являющейся оптимальной для данного метода переработки и качества получаемых изделий.
Собственно процесс переработки включает в себя составление ком- позиций и подготовку их к формованию путем гранулирования, таблети- рования, сушки, изготовления изделий определенной формы и размера, а также последующий их обработки с целью повышения свойств и уровня качества путем термической обработки, подработки для удаления некото- рых дефектов и т.д. Полученную смолу (полимер) охлаждают и после за- твердевания измельчают, превращая в зернистый порошок или гранулы. При изготовлении композиционных пластмасс важным этапом производ- ства является подготовка необходимых компонентов: дробление, измель- чение, просеивание, сушка и т.п. Из готовой массы получают пресс- порошок, который поступает на дальнейшую переработку в изделия.
267
Переработка пластмасс возникла в середине XIX в. одновременно с появлением первых искусственных материалов, прежде всего нитроцел- люлозы. Вплоть до начала XX в. методы переработки полимеров в изделия копировали известные способы переработки традиционных материалов (литье, прессование, штамповка), и лишь к середине XX в. появились но- вые приемы переработки пластмасс, использующие специфические осо- бенности свойств полимеров,— вакуумформование, каландрование и др. Сейчас число разнообразных методов и приемов переработки пластмасс исчисляется десятками. Выбор метода переработки для каждого конкрет- ного пластмассового изделия определяется большим числом факторов: конструктивные особенности изделия; особенности свойств и технологи- ческие возможности выбранного полимера; условия эксплуатации изделий и вытекающие из них требования к нему (чистота и качество поверхности пластмассы, точность размеров, наличие арматуры, резьбы, знаков и др.); предполагаемая тиражность; экономические факторы.
Литье под давлением - метод формования изделий из полимерных материалов, заключающийся в нагревании материала до вязкотекучего со- стояния и передавливании его в закрытую литьевую форму, где материал приобретает конфигурацию внутренней полости формы и затвердевает. Это наиболее практичный и быстрый метод изготовления предметов со сложным профилем. Методом литья под давлением в основном формуются изделия из термопластичных материалов, но иногда его используют и для получения деталей из термореактивных материалов. Анализ процесса ли- тья под давлением может быть проведен по следующим этапам: перевод материала в высокопластичное состояние – подача его в зону дозирования
– накопление расплава – течение расплава в системе «сопло-форма» – те- чение расплава в каналах формы и формующей полости - формирование структуры изделия. Изделия, полученные литьем под давлением, отлича- ются зеркальным блеском и наличием (обычно на нелицевой стороне) за- чищенного литника. Недостатки литья под давлением — высокая стои-
268
мость формующего инструмента, сравнительно низкая производитель- ность при изготовлении армированных изделий и изделий сложной конфи- гурации.
Экструзия – метод формования в экструдере изделий или полуфаб- рикатов неограниченной длины продавливанием расплава полимера через формующую головку с каналами необходимого профиля. Для этого ис- пользуют шнековые (червячные), бесшнековые (дисковые) и комбиниро- ванные экструдеры. В зависимости от формы отверстия мундштука экс- трузией можно получать непрерывные изделия — пленки, фасонные про- фили самого разнообразного типа, листы, трубы и шланги, а также объем- ные изделия. Экструзией можно получать многослойные изделия, вспе- ненные изделия с поверхностью, имитирующей различные декоративные материалы и др. Электрические провода и кабели обычно покрывают изо- ляцией посредством экструзии. Этот метод переработки пластмасс приме- ним главным образом для термопластов, но в последние годы освоено вы- давливание и термореактивных материалов. Недостатки экструзии — сложность управления процессом и высокая стоимость оборудования.
Метод выдувания - получение изделий основано на действии атмо- сферного или избыточного давления (1,5–5 атм.) воздуха или другого газа на размягченные листы или трубки термопласта. Отмеренное количество материала формуют в виде трубы посредством литьевого формования или экструзии. Один конец трубы заплавляют и помещают в разборную форму. Подавая воздух в горячую пластмассовую трубу, ее раздувают так, что она заполняет полость формы и превращается в готовое изделие. Ha изделиях, полученных выдуванием, обычно заметны следы от мест соединения разъ- емных частей формы. При использовании метода выдувания заготовка приобретает конфигурацию внутренней полости пресс-формы. Этот метод используют для изготовления бутылок и других емкостей или пленок.
Вакуум-формование применяется для получения полых и открытых крупногабаритных изделий с использованием листовых термопластичных
269