2.2.1. Термореактивные пластмассы

Пластические массы на основе термореактивных (отвержда­ю­щихся) полимеров отличаются от термопластов практичес­ки полным отсутствием хладкотекучести под нагрузкой, повышенной теплостойкостью, нерастворимостью, малой набухаемостью, по­стоянством физико-механических свойств в температурном ин­тервале их эксплуатации. Отверждающиеся пластические мас­сы, как правило, относятся к сложным пластмассам, которые в своем составе, наряду со связующими (смолы), имеют различные наполнители: порошковые, волокнистые или слоистые.

В зависимости от характера наполнителя отверждающиеся пластмассы подразделяются на пресс-порошки, волокнистые и слоистые пластики.

Свойства отверждающихся пластиков приведены в табл. 4.

Изделия из пресс-порошков. Фенолформальдегидные смолы сочетаются с любым порошковым наполнителем. В качестве наполнителей в изделиях общетехнического назначения применяют древесную муку. Для получения изделий, обладающих высокой термостойкостью, применяют асбестовую муку. Повышение водостойкости и диэлектрических свойств достигается введением кварцевой муки. Для снижения хрупкости изделий на основе фенолформальдегидной смолы ее смешивают с полиамидами или с синтетическим каучуком.

Из пресс-порошков изготавливают корпуса и крышки при­боров, детали, предназначенные для работы при повышенных температурах или в условиях высокой влажности, но сравни­тельно малонагруженные, особенно динамическими нагрузками.

Свойства материалов из пресс-порошков приведены в табл. 4.

Таблица 4

Механические свойства материалов на основе фенолформальдегидной смолы (с органическим наполнителем)

Свойства	Фенопласты с наполнителем
	порошковым	волок­нистым	слоистым
	фенопласты (карболиты)	волокнит	гетинакс	текстолит	ДСП
Плотность, г/см3	1,4	1,35–1,45	1,3–1,45	1,3–1,4	1,3–1,4
Теплостойкость по Мартенсу, °С	120–128	127–153	150–160	120–125	180
σв, кгс/мм2	3–6	3–3,5	6–16	6,5–10	13–30
σсжат, кгс/мм2	15–19	8–15	16–29	12–25	10–18
σизг, кгс/мм2	5–7,27	5–8	6–10	12–16	14–28
Модуль упругости Е, кгс/мм2	700–900	850	1080–1800	650–1000	3000
Ударная вязкость ан, кгс  м/см2	4–6	9–10,4	8–20	35	17–18

Изделия из волокнитов. Волокниты представляют собой соче­тание отверждающейся смолы с каким-либо волокнистым напол­нителем (хлопчатобумажные очесы, асбестовое волокно, стек­ло­­волокно). Изделия из волокнитов используются для нагружен­ных деталей, работающих при температурах до 100...120 °С. Волокниты отличаются высокой ударной прочностью до 10...20 кгс  м/см². Асбестоволокниты имеют высокие электроизоля­ционные свойства при повышенных температурах и используют­ся для изготовления электроизоляционных изделий (детали кол­лекторов и контактных панелей). Вальцованные в виде листов асбестоволокниты применяют в качестве теплозащитного покры­тия или кислотоупорного материала для обкладки разных изделий (баки, трубы, реакторы). Замена фенолформальдегидной смолы в асбестоволокнитах на полисилаксаны значительно повышает термостойкость асбестоволокнита, и из такого материала изго­тавливают электроизоляционные изделия, работающие при тем­пературах 200...300 °С. На основе фенолформальдегидных смол изготавливаются также изделия из стекловолокнитов.

Слоистые пластинчатые массы. На основе фенолформальде­гидной смолы изготавливают пластики в виде листов, плит, труб, дисков и т. д. В качестве наполнителя применяется текстильная ткань (текстолит), асбестовая ткань (асботекстолит), бумага (гетинакс), древесный шпон (древесно-слоистые пластинки – ДСП), стеклянное волокно (стеклотекстолит). Слоистые пластин­ки име­ют очень широкое применение. ДСП, например, приме­няют для изготовления шлюпок, деталей катеров. Из ДСП-плит изготавливают также подшипники, шестерни, опорные рамы.

Изделия из текстолитов. Детали машин, шестерни, подшипники обладают высокой прочностью и износостойкостью. Текстолит используют так же, как электроизоляционный мате­риал. Гетинакс используется как электроизоляционный материал при температуре от –60 до +70 °С. Особенно широкое приме­нение имеют стеклотекстолиты.

Механические свойства некоторых слоистых пластиков при­ведены в табл. 4.

Полиэпоксидные соединения. При взаимодействий соедине­ний, содержащих эпоксигруппы с многоатомными фенолами, в щелочной среде образуется полиэпоксидная смола, имеющая линейное строение.

При нагревании и на холоде при взаимодействии с отвердителями образуются полимеры с пространственной структурой с разным молекулярным весом. В зависимости от молекулярного веса смолы могут быть твердые и жидкие (ЭД-5, ЭД-6, ЭД-13 и др.). Эпоксидные смолы допускают высокую степень наполне­ния (до 50 %) различными наполнителями (кварц, стекло, стек­ло­волокно, тальк, асбест и т. п.) с сохранением высоких меха­ни­ческих и химических свойств.

Из смол изготавливают штампы холодной вытяжки, пресс-формы, литейные модели, стержневые ящики и другие инструменты и оснастку, а также фасонные изделия.

Обладая высокими адгезионными свойствами ко многим ма­териалам, прочностью и химической стойкостью против раство­рителей, щелочей, кислот и других агрессивных сред, эпоксидные смолы используют для изготовления лакокрасочных мате­риалов и различных клеев. Эпоксидные смолы обладают хоро­шими электроизоляционными свойствами и широко исполь­зуются в электротехнике.

Кремнийорганические соединения и некоторые другие поли­мерные материалы. В промышленности находят применение различные кремнийорганические соединения, свойства которых сильно зависят от среднего молекулярного веса и структуры макромолекул. Эти полимеры со степенью полимеризации 20...30 являются вязкими жидкостями, которые обладают боль­шой сжимаемостью и поэтому широко используются в качестве амортизаторов, смазочных масел с низкой температурой замер­зания. Полимеры со степенью полимеризации 800...1500 ис­пользуют при получении лаков и пластмасс, а со степенью поли­меризации 10 000...30 000 – для получения каучуков. Пласт­массы на основе кремнийорганических смол мало изменяют свои свойства при температурах от 60 до +250 °С и даже до 550 °С. Наибольшее применение дли изготовления пластмасс находят полиметилсилоксаны, полиэтил- и полифенилсилоксаны. В качестве наполнителей применяются асбестовое и стеклянное волокно, металли­чес­кие порошки, кварцевая мука и другие добавки. Они применяются для изготовления электрического оборудова­ния и приборов, выдерживающих кратковременные нагревы до 2000...3000 °С. Особенность этих материалов – дугостойкость, химическая стойкость и водостойкость.

Для получения высокотеплостойких материалов применяются элементоорганические соединения, содержащие фосфор, алю­ми­ний и другие неорганические элементы. Расширяется область применения различных сополимеров, блок- и привитых полиме­ров, обладающих весьма высокими комплексами свойств. В курсе химии изучались все эти материалы и строение их моле­кул.

Высокопрочные конструкционные материалы – стеклопла­сты. Стеклопласты – материалы, получаемые па основе синте­тических полимеров, образующих пространственную структуру. В качестве наполнителей используются стеклянные волокна, стеклянное полотно. Механические свойства некоторых стекло­пластов приведены в табл. 5. Стеклопласты на основе кремнийорганических смол не теряют своей прочности при 250 °С, вы­держивают нагрев до 270 °С в течение 1...2 мин; более стойки, чем стали, в кислородно-ацетиленовом пламени в течение 1 мин. Из стеклопластов изготавливают направляющие лопатки ком­прессоров авиационных и реактивных двигателей, пуленепроби­ваемую броню, корпуса катеров, лодок, кузова автомашин, само­летов, трубы и емкости для агрессивных жидкостей. Стеклопла­с­тики используются в качестве защитных жаростойких покры­тий при температурах до 10 000 °С. В частности, сопла ракет работают очень ограниченное время (15...20 с) при 3200...4400 °С, а температура поверхности ракеты, при возвращении в земную атмосферу при скорости 7 км/с, равна 11 000...16 000 °С. В этих условиях не представляется возмож­ным применить такие огнеупорные материалы, как графит или керамика, так как графит сгорает, керамика растрескивается. Ме­таллы же при этих температурах моментально расплавляются. В этих условиях полимерные материалы проявили себя с со­вершенно неожиданной стороны – оказались пригодными в качестве жаростойких покрытий.

Таблица 5