Методы переработки реактопластов. Классификация. Области применения

Российский химико-технологический университет

им. Д. И. Менделеева.

 

 

 

Кафедра материаловедения и  защиты от коррозии.

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

Методы переработки реактопластов. Классификация. Области применения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва 

2013

 

 

 

 

Содержание

1. Введение. Общие сведения о пластмассах.
2. Классификация пластмасс.
3. Реактопласты.
4. Классификация реактопластов. Области применения.
5. Методы переработки реактопластов.
6. Список литературы.
7. Словарь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Широкое распространение  пластмасс — одна из отличительных  черт нашего времени. Фактически все  натуральные волокна, смолы и  материалы уже имеют сейчас свои искусственные заменители. Создано  множество других веществ с такими свойствами, которые не встречаются  в природе. И это, по-видимому, только начало грандиозного переворота, равного  по своему значению великим материальным революциям прошлого — освоению бронзы и железа.

Пластмассы (пластики) представляют собой органические материалы на основе полимеров, способные при  нагреве размягчаться и под давлением  принимать определенную устойчивую форму. Простые пластмассы состоят  из одних химических полимеров. Сложные  пластмассы помимо полимеров включают добавки: наполнители, пластификаторы, красители,отвердиватели, катализаторы и др.

Наполнители в пластмассы вводят в количестве 40-70% для повышения  твердости, прочности, жесткостиа так же придания особых специфических свойств, например фрикционных, антифрикционных и др. Наполнителями могут быть ткани, а так же порошкообразные, волокнистые вещества.

Пластификаторы (стеарин, олеиновая  кислота, дибутилфталат) повышают эластичность, пластичность и облегчают обработку пластмасс. Их содержание колеблется в пределах 10-20%.

Отвердители (амины) и катализаторы (перекисные соединения) в количестве нескольких процентов вводят в пластмассы для отверждения, т. е. создания межмолекулярных  связей и встраивания молекул  отвердителя в общую молекулярную сетку.

Красители (минеральные пигменты, спиртовые растворы органических красок) придают пластмассам определенную окраску и снижают их стоимость. Состав компонентов, их сочетание и  количественное соотношение позволяют  изменять свойства пластмасс в широких  пределах.

 

Классификация пластмасс.

 

Пластмассы классифицируются по следующим признакам:

1. По виду наполнителя: с твердым наполнителем; с газообразным наполнителем.

Твердые наполнители в  виде порошков, например графит, древесная мука, кварц, гипс и др., волокон, например очесов хлопка и льна, волокон из стекла и асбеста, слоистые, например тканей хлопчатобумажной, стеклянной, асбестовой, бумаги.

 

2. По реакции связующего полимера к повторным нагревам. Термопластичные пластмассы на основе термопластичного полимера размягчаются при нагреве и затвердевают при последующем охлаждении. Чаще это чистые полимеры или композиции полимеров с пластификаторами, противостарителями. Термопласты отличаются низкой усадкой 1-3%. Для них характерны малая хрупкость, большая упругость и способность к ориентации.

Термореактивные пластмассы на основе термореактивных полимеров (смол) после тепловой обработки  – отверждения – переходят  в термостабильное состояние. Термореактивные  пластмассы отличаются хрупкостью, имею большую усадку 10-15% и содержат в своем составе наполнители.

 

3. По применению пластмассы можно подразделить на следующие группы: конструкционные – для силовых деталей и конструкций, для несиловых деталей ; прокладочные; уплотнительные; фрикционные и антифрикционные; электроизоляционные; радиопрозрачные; теплоизоляционные; стойкие к воздействию огня, масел, кислот; облицовочно-декоративные.

Один и тот же пластик  часто обладает свойствами, характерными для нескольких групп. Например, текстолит  может быть одновременно конструкционным, электроизоляционным и прокладочным материалом.

 

Реактопласты.

Основу всякого реактопласта составляет химически затвердевающая термореактивная смола – связующее  вещество. Кроме того, в состав реактопластов  входят наполнители, пластификаторы, отвердители, ускорители или замедлители и  растворители. Наполнителями могут  быть порошковые, волокнистые и гибкие листовые материалы. В качестве порошковых наполнителей используют молотый кварц, тальк, графит, древесную муку, целлюлозу. К пластмассам с порошковыми  наполнителями относятся: фенопласты и аминопласты

Классификация реактопластов.

Фенопласты (бакелиты, феноло-формальдегидные смолы) являются термоупрочняемыми пластмассами. Неупрочненные смолы получают при поликонденсации фенола с формальдегидом. Существует два основных типа феноло-формальдегидных смол: новолаки и резолы.

Для получения пластмассы с хорошими потребительскими свойствами в новолаки добавляют субстанцию (обычно уротропин), которая при нагревании разлагается с выделением формальдегида. Формальдегид, добавляемый к новолаковой смоле, образует упрочняющиеся гидроксиметильные группы.

Упрочнение термопластов в основном проводится в интервале  температур 140 – 180°С, но благодаря соответствующим добавкам кислот некоторые резолы можно отвердить уже при 25°С и выше.

Резолы получают в спиртовых  средах, применяя избыток формальдегида. Продукт содержит гидроксиметиленовые группы. Во время нагревания происходит необратимое упрочнение (реакция образования сетчатой структуры), поэтому резолы прессуют в формах.

Упрочненные феноло-формальдегидные  смолы чаще носят название бакелитов. Эта пластмасса хорошо обрабатывается механически инструментами для  обработки металла и может  подвергаться полированию. Бакелит  из ново лака имеет большую термостойкость (100 – 150°С), чем бакелит из резола, но худшие диэлектрические свойства.

Бакелит трудногорюч, а после извлечения из пламени сразу гаснет. Горящий бакелит дает желтый цвет пламени, коптящий в зависимости от вида наполнителя. Остаток, извлеченный из пламени, твердый, разбухший, потрескавшийся и обугленный. В процессе горения выделяются фенол и формальдегид с характерным запахом.

Бакелит стоек к воздействию  разбавленных кислот и щелочей, а  также большинства органических растворителей. Для склеивания треснутых  бакелитовых изделий можно применять  нитроцеллюлозные клеи или жидкие фенольные  смолы.

Из бакелита изготавливают  изделия галантереи (пуговицы, пепельницы), электротехнические элементы (вилки, розетки), корпуса радио- и телефонных и  аппаратов, детали стиральных машин, защитные шлемы, корпуса аккумуляторов, плиты, лаки, клеи.

Аминопласты являются термоупрочняемыми пластмассами. К ним относятся карбамидо-формальдегидные смолы и меламино-формальдегидные смолы.

Неупрочненная смола получается при поликонденсации формальдегида  с карбамидом (смола карбамидо-формальдегидная) или меламином (смола меламино-формальдегидная). Эти смолы имеют реактивные группы —СН₂ОН, которые под влиянием нагрева (или кислотных катализаторов) способны к конденсации, в результате которой смолы упрочняются (приобретают пространственную сетчатую структуру).

Упрочненные аминопласты  твердые и жесткие. Их можно полировать и механически обрабатывать инструментами  по металлу, они имеют хорошие  электроизоляционные свойства, легко  окрашиваются.

Теплостойкость упрочненных  аминопластов около 100 – 120^оС. Образец, внесенный в огонь, начинает гореть не более чем через 1 минуту. Вынутый из пламени, он не гаснет, но горит медленно (в действительности горят наполнители, сама смола негорюча). Огонь имеет желтый цвет (меламиновая смола) или желтый с зеленовато-голубой каймой (карбамидная смола). Остаток после горения растрескавшийся, разбухший и покрыт по краям характерным белым налетом. Во время горения отчетливо чувствуется запах формальдегида и карбамида.

Упрочненные аминопласты  стойки к воздействию воды, кислот (в том числе серной и азотной), щелочей и органических растворителей. Для склеивания таких аминопластов можно применять феноло-формальдегидные  или карбамидо-формальдегидные клеи.

Из аминопластов изготавливают  клеи для дерева, электротехнические детали (розетки, выключатели) и галантерею, тонкие покрытия для украшения, лаки (так называемые печные), пенистые материалы.

Реактопласты с волокнистыми наполнителями представляют собой  композиции, состоящие из связующего (смолы) и волокнистого наполнителя  в виде очесов хлопка (волокниты), асбеста (асбоволокниты), стекловолокна (стекловолокниты).

Волокниты применяют для изготовления деталей с повышенной устойчивостью к ударным нагрузкам, работающих на изгиб и кручение (втулок, шкивов, маховиков и др.).

Асбоволокниты обладают хорошими фрикционными (тормозными) свойствами и теплостойкостью, но по водостойкости и диэлектрической приницаемости уступают пластмассам с порошковым наполнителем.

Стекловолокниты негорючи, стойки к действию ультрафиолетовых лучей, химически стойки, имеют стабильные размеры. Некоторые марки стекловолокнитов применяются для изготовления силовых электротехнических деталей в машиностроении, а также крупногабаритных изделий простых форм (кузовов автомашин, лодок, корпусов приборов и т. п.). Стекловолокниты имеют высокие физико-механические характеристики и применяются для изготовления деталей высокого класса точности и сложной конфигурации. Стекловолокниты могут работать при температурах от –60 до +200°С, имеют прочность при разрыве 80 – 500 МПа.

В качестве связующих смол волокнитов и стекловолокнитов применяются полиэстеровые и эпоксидные смолы.

Полиэстры (полиэстеровые, или полиэфирные смолы) являются полимерами, полученными из полиосновных кислот и полигидроксильных спиртов путем поликонденсации.

Перед отверждением смола  имеет вид густого сиропа золотистого  цвета. Отверждение проводят в форме  при комнатной температуре после  добавления инициатора (обычно перекись бензоила) в количестве около 4 %. Механические свойства отвержденного продукта зависят от строения исходной смолы и способа ее отверждения. Изделие может быть гибким, эластичным или твердым и хрупким. Твердые изделия можно подвергать механической обработке инструментами по дереву, а также полировать.

Термическая стойкость под  напряжением отвержденных смол лежит  в пределах 55 – 60°С, а без нагрузки превышает 150^oС. Образец ламината (полиэстеровая смола со стеклотканью), помещенный в пламя, горит очень плохо. После извлечения из пламени чаще всего гаснет. После сгорания остается обугленный скелет стекловолокна.

Отвержденные полиэстры нерастворимы в органических кислотах, в ацетоне легко растрескиваются.

Из полиэстров, упрочненных стекловолокном, изготавливают спасательные лодки, части автомобилей, мебель, корпуса планеров и вертолетов, гофрированные плиты для крыш, плафоны ламп, мачты для антенн, лыжи и палки, удочки, защитные каски и т. п. В виде текучих смол полиэстры применяют для заливки частей электронной аппаратуры, мумификации анатомических препаратов, изготовления лаков и т. п.

Эпоксидные  смолы. Неотвержденные эпоксидные смолы получают реакцией поликонденсации эпоксида (эпихлоргидрина) с дифенилолпропаном (дианом). Процесс отверждения является реакцией суммирования (полиприсоединения), в которой роль отвердителя играет полиамин.

Характерной чертой эпоксидных смол является совершенная прилипаемость почти ко всем пластмассам, к металлам; они имеют хорошие механические и электрические свойства.

Термостойкость под напряжением  упрочненных эпидианов лежит в пределах 55 – 120°С в зависимости от вида упрочнителя, а без нагрузки превышает 150°С. Упрочненная эпоксидная смола горит в огне так же, как и полиэстровые ламинаты: она трудно загорается, после чего начинает коптить. В отличие от полиэстра эпоксидная смола сильно пахнет во время горения.

Эпоксидные смолы служат для изготовления лаков, клеев, а  также производства ламинатов.

Большую группу реактопластов  составляют слоистые пластмассы, которые  содержат листовые наполнители, уложенные  слоями. В качестве наполнителей для  слоистых пластиков используют материалы  органического (бумагу, картон, хлопчатобумажные ткани, древесный шпон, ткани из синтетических  волокон) и неорганического (асбестовую бумагу, стеклянную ткань, ткань из кварцевых или кремнеземных волокон) происхождения. В зависимости от вида наполнителя различают следующие  слоистые пластики: гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, древеснослоистые пластики. Связующими при производстве слоистых пластиков служат феноло-формальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические и некоторые другие смолы.

Свойства слоистых пластиков  зависят от соотношения компонентов (наполнителя и связующего), характера  подготовки наполнителя, режимов прессования  и термообработки и других технологических  факторов. Благодаря слоистому расположению армирующего наполнителя слоистые пластики обладают анизотропией механических, физических и диэлектрических свойств.

Механические свойства слоистых пластиков определяются прежде всего видом используемого наполнителя. Наибольшей механической прочностью обладают слоистые пластики на основе стеклянной ткани или стеклянных жгутов. Эти материалы, а также слоистые пластики на основе асбоволокнистых наполнителей имеют более высокую теплостойкость по сравнению с теплостойкостью пластиков на основе органических наполнителей.