Термоэластопласты, фторкаучуки, полисульфон

РЕФЕРАТ ПО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ

НА ТЕМУ: "термоэластопласты, фторкаучуки, полисульфон"

ВВЕДЕНИЕ

Значение полимеров и материалов на их основе их композиций в современной технике и народном хозяйстве очень велико. Сложно представить хотя бы одну область человеческой жизнедеятельности, где бы не использовались полимеры. Ассортимент полимеров, эластомеров, каучуков и резин очень и очень велик.

Термин полимерия был введен в науку И. Берцелиусом в 1833 году для обозначения особого вида изомерии, при которой вещества(полимеры), имеющие одинаковый состав, могут иметь различную молекулярную массу, например этилен и бутилен, кислород и озон. Такое содержание термина не соответствовало современным представлениям о полимерах. "Истинные" синтетические полимеры в то время еще не были известны.

Полимеры - химические соединения с высокой молекулярной массой, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся "группировок". Атомы, входящие в состав макромолекул, соединены друг с другом силами главных и координационных валентностей.

По происхождению полимеры делятся на природные, например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные и синтетические. Атомы или атомные группы могут располагаться в макромолекуле в виде: открытой цепи вытянутой в линию последовательности циклов; цепи с разветвлением; трехмерной сетки.

Современное развитие техники и технологии производства и переработки полимеров позволяет получить различные полимеры с различными наборами свойств. При этом задача инженера - технолога не максимизировать одно определенное свойство, а получить композицию с оптимальным набором свойств. Полимерные изделия представляют собой, как правило, сложную многокомпонентную структуру.

С точки зрения переработки материалов, полимеры целесообразно делить на 3 группы:

1. термопласты - полимеры, которые при повышенных температурах находятся в вязкотекучем состоянии, а при пониженных переходят в стеклообразное.

2. реактопласты - материалы, переработка которых сопровождается образованием трехмерных полимеров.

3. эластомеры - полимеры, находящиеся в высокоэластичном состоянии.

В своем реферате я сравниваю особенности переработки, способы получения, области применения, основные эксплуатационные показатели для: термоэластопластов(как класс), фторкаучуков и полисульфона.

ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТЫ

Термопластичные эластомеры (thermoplastic elastomers) - полимерные материалы, которые в условиях эксплуатации способны, подобно эластомерам, к большим обратимым деформациям, а при повышенных температурах, в частности при переработке в изделия, текут подобно термопластам. Термоэластопласты представляют собой блоксополимеры типов АВА и (АВ)n, где А-жесткие блоки термопластов (полистирольные, полиэтиленовые, полиакрилатные), В -гибкие эластомерные блоки (полибутадиеновые, полиизопреновые, сополимерные - бутадиен-стирольные, изопрен-стирольные, этилен-пропиленовые). Близки по свойствам к термоэластопластам иономеры, в том числе солевые вулканизаторы карбоксилатных каучуков.

ПОЛУЧЕНИЕ:

Диенароматические термоэластопласты получают полимеризацией мономеров в углеводородных растворителях, например циклогексане, при температурах от 0 до 80°С для предотвращения образования побочных продуктов( блоксополимеров типа АВ или гомополимеров); катализатор- литийорганическое соединение. Мономеры вводят последовательно: очень высоки требования к их чистоте( содержание примесей не более 104-105%). В присутствии галогенсодержащих соединений возможно образование разветвленных термоэластопластов[ например, получены звездчатые термоэластопласты типа солпрен структуры (АВ)4С, где С -атом углерода, В -полибутаденовый блок; А -полистирольный блок].

Термоэластопласты получают также поликонденсацией предварительно полученных олигомеров, содержащих функциональные концевые группы, и сополиконденсацией с использованием третьего сомономера в условиях, обеспечивающих резкое различие между реакционными способностями групп, принадлежаших двум другим сомономерам. В этом случае с интермономером взаимодействуют сначала один сомономер, а после его исчерпывания - другой.

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА:

Блоки Аи В, из которых построены макромолекулы термоэластопластов, характеризуются достаточно высокоми степенями полимеризации, причем молекулярная масса полиденовых блоков значительно больше, чем поливинилароматических. Так, в линейных термоэластопластахс оптимальными физико-механическими свойствами поливинилароматические блоки атактического строения имеют молекулярную массу в пределах от 6 до 50 тысяч ( соответствующая температура стеклования полистирола 80-100°С), полидиеновые блоки 40-120 тыс. (температуры стеклования полибутадиена от 90-до 100°С при содержании 40-45% цис-1,4-звеньев и 8-12% 1,2-звеньев, полиизопрена - от 60 до 70°С при содержании 70-80% цис-1,4-звеньев и 15-25 транс-1,4-звеньев).

У поликонденсационных термоэластопластов обладающих, как правило, линейной структурой, молекулярные массы гибкоцепных блоков могут изменяться от 3-7 тыс.( полиуретановые термоэластопласты) до нескольких десятков тысяч(арилат-силоксановые, ариленсульфоноксид-силоксановые термоэластопласты).

Гомополимеры, образующие термоэластопласты, термодинамически несовместимы. Поэтому термоэластопласты являются своего рода двухфазными системами; это подтверждается наличием двух четких максимумов на температурной завасимостидинамическо0механических потерь. Так, в диен-винилароматических термоэластопластов при содержании диена более 50% поливинилароматические блоки образуют стеклообразные домены, регулярно расположенные в непрерывной фазе( матрице) полидиена.домены играют роль соединительных узлов ( аналогично поперечным химическим связям, например серным мостикам в вулканизационной сетке), в связи с чем термоэластопласты при температурах ниже температуры стеклования жесткоцепного блока, например полистирольного, способны к высокоэластичным деформациям. Повышение температуры выше температуры стеклования полистирола сопровождается появлением у полистирольных блоков сегментальной подвижности, размягчением доменов и ослаблением их функции соединительных «узлов».в результате термоэластопласты становятся становятся типичными термопластами.

По сравнению с непрозрачными смесями двух гомополимеров соответствующие термоэластопластам аналогичного состава прозрачны из-за малого размера доменов (200-400А) однако коэффициент преломления матрицы и домена различны.

Варьированием соотношения компонентов изменяют свойства термоэластопластов достаточно плавно и в широких пределах. Так, с увеличением содержания полистирола от 20 до 80% в термоэластопластах на основе стирола и бутадиена ( молярная масса полибутадиеновых блоков 70 тыс.) прочность при растяжении проходит через максимум при содержании стирола 30%, относительное удлинение уменьшается от 990 до 10%, твердость по Шору возрастает от 66 до 100.это изменение соответствует постепенному переходу от «недовулканизованного каучука» (содержание стирола 15%) к термоэластопласту (20-40% стирола) и, наконец, к термопластичному полимеру (60-80%).

Кроме соотношения компонентов, большое влияние на свойства термоэластопластов оказывает молярная масса блоков, в первую очередь эластомерного. Так, достаточно высокие показатели прочности при растяжении и эластичности реализуются у термоэластопластов на основе полистирола и каучуков, начиная с молярной массы блоков полистирола 7-15 тыс. и блоков каучука 20-80 тыс. Выше этих значений изменение молярной массы блоков в достаточно широких пределах мало сказывается на свойствах термоэластопластов.

При введении в подобные термоэластопласты до 20% гомополимера стирола с молярной массой, близкой к молярной массе полистирольных блоков, прочностные свойства термоэластопластов почти не меняются, однако они резко ухудшаются при введении уже 5% сополимера АВ или гомополимера диена.

Расплавы термоэластопластов характеризуются высокими значениями вязкости.

Свойства некоторых термоэластопластов приведены в таблице.

Свойства различных типов термоэластопластов

Термоэластопласты недостаточно стабильны при действии тепла и атмосферных факторов, в том числе озона. Поэтому в термоэластопласты вводят антиоксиданты, например 2,6-ди-трет-бутил----4-метилфенол(ионол); стабилизаторы- наиболее эффективны производные бензтриазола; антиозонанты- дибутилтиомочевина и дибутилдитиокарбамат никеля. Эффективно также введение добавок озоностойких полимеров (полиэтилена, этилен-пропиленового каучука, сополимера этилена с винилацетатом и др.).

Термоэластопласты совмещаются с другими полимерами и олигомерами, в них можно вводить, как и в обычные каучуки, различные минеральные наполнители и пластификаторы, например масла.

Переработка и применение:

Термоэластопласты можно перерабатывать как методами, обычными для термопластов (литье под давлением, экструзия), так и методами, характерными для эластомеров - вальцеванием, каландрованием. Стирол - бутадиеновые термоэластопласты менее деструктируют при вальцевании, чем стирол-изопреновые, термическая деструкция которых с заметной скоростью протекает при температурах 70-130°С. Оптимальная температура переработки этих термоэластопластов литьем и экструзией 150-200°С ; при более низких температурах может протекать интенсивная механодеструкция, при более высоких - окисление.

Термоэластопласты широко применяют в обувной промышленности - в качестве кожзаменителей для изготовления верха и низа (литьем под давлением) обуви, в строительстве- для получения герметизирующих мастик и листов для гидро- и звукоизоляции. Термоэластопласты используют в производстве резино-технических изделий, медицинских изделий (перчатки, уплотнения в шприцах, и насосах для перекачки крови плазмы, упаковочные материалы и др.), изоляционных лент, игрушек, а также разнообразных изделий, сочетающих жесткость и эластичность в области температур от -75 до 80°С. Термоэластопласты - добавки к резиновым смесям, улучшающие ряд технологических характеристик (прочность в сыром состоянии, пластичность).

Перспективно применение термоэластопластов в качестве модификаторов термопластов и каучуков. При введении ?7-10% изопрен-стирольного термоэластопласта в полиэтилен существенно повышают его прочность при растяжении и удлинение, стойкость к растрескиванию. Содержание 10-15% такого же термоэластопласта в полипропилене обусловливает его более высокую морозостойкость ( от -40 до -50°С вместо -20) при сохранении комплекса механических свойств. Совмещением полистирола с термоэластопластом того же состава (ок. 30%) удается получить высокопрочный, морозостойкий материал с высокими диэлектрическими свойствами, пригодный для переработки методами литья, экструзии и вакуум-формирования. Арилат- силоксановые термоэластопласты типа силар находят применение в производстве мембран для разделения газов.

Термоэластопласты различных типов выпускаются за рубежом под названиями: кратон, карифлекс, солпрен(США), тафпрен(Япония), и др. Мировое производство всех типов термоэластопластов в 1975 году составило около 100 тыс. тонн.

Термоэластопласты на основе стирола и диеновых мономеров впервые были синтезированы А.А. Коротковым в 1959 году, их промышленное производство начато в 1965 году в США.

ФТОРКАУЧУК

Фторорганические каучуки, фторкаучуки- фторсодержащие полимеры обладающие каучукоподобными свойствами. Известны фторсодержащие каучукоподобные полимеры:

1. полиперфторалкилентриазины, гомо- и сополимеры окисей перфторолефинов, обладающих высокой термостойкостью;

2. сополимеры трифторнитрозометана с тетрафторэтиленом, которые отличаются уникальной химстойкостью и удовлетворительной морозостойкостью;

3. полимеры перфторакрилатов, которые характеризуются повышенной устойчивостью к действию растворителей и озона.

СТРУКТУРА И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА:

Макромолекулы фторкаучуков имеют следующую структуру:

[( --CF2--CFX--)x--(--CH2--CF2--)y]n

где X-Cl, CF3, CF3O и другие. Звенья мономеров присоединены в положении «голова к хвосту». На концах макромолекул могут находиться группы --CH=CF2 и карбонильные группы. Высокая тепло- и химическая стойкость фторкаучуков обусловлена большой энергией связей F-C [??503 кДж/моль] и их полярностью. Теплота образования сополимера винилиденфторида с гексафторпропиленом 7.5 МДж/кг, теплота сгорания - 12.7 МДж /кг. Все фторкаучуки характеризуются значительным межмолекулярным взаимодействием (например, плотность энергии когезии сополимера винилиденфторида с гексафторпропиленом 398 МДж/м3). Этим объясняется их более высокая, чем у других синтетических каучуков жесткость.

Страницы: 1, 2