Полимером называется органическое вещество, длинные  молекулы которого построены из одинаковых многократно повторяющихся звеньев — мономеров. По происхождению полимеры делятся на три группы.  

    Природные образуются в результате жизнедеятельности  растений и животных и содержатся в древесине, шерсти, коже. Это протеин, целлюлоза, крахмал, шеллак, лигнин, латекс.

    Обычно  природные полимеры подвергаются операциям  выделения очистки, модификации, при которых структура основных цепей остается неизменной. Продуктом такой переработки являются искусственные полимеры. Примерами являются натуральный каучук, изготовляемый из латекса, целлулоид, представляющий собой нитроцеллюлозу, пластифицированную камфарой для повышения эластичности.

    Природные и искусственные полимеры сыграли  большую роль в современной технике, а в некоторых областях остаются незаменимыми и до сих пор, например в целлюлозно-бумажной промышленности. Однако резкий рост производства и потребления органических материалов произошел за счет синтетических полимеров – материалов, полученных синтезом из низкомолекулярных веществ и не имеющих аналогов в природе. Развитие химической технологии высокомолекулярных веществ — неотъемлемая и существенная часть современной НТР. Без полимеров уже не может обойтись ни одна отрасль техники, тем более новой. По химической структуре полимеры делятся на линейные, разветвленные, сетчатые и пространственные.

    Молекулы  линейных полимеров химически инертны по отношению друг к другу и связаны между собой лишь силами Ван-дер-Ваальса. При нагревании вязкость таких полимеров уменьшается и они способны обратимо переходить сначала в высокоэластическое, а затем и в вязкотекучее состояния (рис. 1).  
 

Рис.1. Схематическая  диаграмма вязкости термопластичных  полимеров в зависимости от температуры: Т₁ – температура перехода из стеклообразного в  высоко эластичное состояние, Т₂ – температура перехода из высокоэластичного в вязкотекучее состояние. 

    Поскольку единственным следствием нагрева является изменение пластичности, линейные полимеры называют термопластичными. Не следует  думать, что термин «линейные» обозначает прямолинейные, наоборот, для них более характерна зубчатая или спиральная конфигурация, что придает таким полимерам механическую прочность. Термопластичные полимеры можно не только плавить, но и растворять, так как связи Ван-дер-Ваальса легко рвутся под действием реагентов.

    Разветвленные (привитые) полимеры более прочны, чем  линейные. Контролируемое разветвление цепей служит одним из основных промышленных методов модификации свойств термопластичных полимеров.

    Сетчатая  структура характерна тем, что цепи связаны друг с другом, а это  сильно ограничивает движение и приводит к изменению как механических, так и химических свойств. Обычная резина мягка, но при вулканизации серой образуются ковалентные связи типа S-0, и прочность растет. Полимер может приобрести сетчатую структуру и спонтанно, например, под действием света и кислорода произойдет старение с потерей эластичности и работоспособности. Наконец, если молекулы полимера содержат реакционно-способные группы, то при нагревании они соединяются множеством прочных поперечных связей, полимер оказывается сшитым, т. е. приобретает пространственную структуру. Таким образом, нагрев вызывает реакции, резко и необратимо изменяющие свойства материала, который приобретает прочность и высокую вязкость, становится нерастворимым и неплавким. Вследствие большой реакционной способности молекул, проявляющейся при повышении температуры, такие полимеры называют термореактивными. 

     Рис.2.

    Термопластичные полимеры получают по реакции полимеризации, протекающей по схеме пМ М_п (рис.2), где М — молекула мономера, М_п — макромолекула, состоящая из мономерных звеньев, п — степень полимеризации. При цепной полимеризации молекулярная масса нарастает почти мгновенно, промежуточные продукты неустойчивы, реакция чувствительна к присутствию примесей и требует, как правило, высоких давлений. Неудивительно, что такой процесс в естественных условиях невозможен, и все природные полимеры образовались иным путем. Современная химия создала новый инструмент — реакцию полимеризации, а благодаря ему большой класс термопластичных полимеров. Реакция полимеризации реализуется лишь в сложной аппаратуре специализированных производств, и термопластичные полимеры потребитель получает в готовом виде.  

    Реакционно-способные  молекулы термореактивных полимеров  могут образоваться более простым  и естественным путем — постепенно от мономера к димеру, потом к тримеру, тетрамеру и т. д. Такое объединение мономеров, их «конденсацию», называют реакцией поликонденсации; она не требует ни высокой чистоты, ни давлений, но сопровождается изменением химического состава, а часто и выделением побочных продуктов (обычно водяного пара) (рис. 2). Именно эта реакция реализуется в природе; она может быть легко осуществлена за счет лишь небольшого нагрева в самых простых условиях, вплоть до домашних. Такая высокая технологичность термореактивных полимеров предоставляет широкие возможности изготовлять различные изделия на нехимических предприятиях, в том числе на радиозаводах.

    Независимо  от вида и состава исходных веществ  и способов получения материалы  на основе полимеров можно классифицировать следующим образом: пластмассы, волокниты, слоистые пластики, пленки, покрытия, клеи. Я не буду особо заострять внимание на всех этих продуктах, расскажу лишь о самых широко используемых. Необходимо показать, насколько велика потребность полимерных материалов в наше время, а, следовательно, и важность их переработки. Иначе проблема была бы просто необоснованна. 

2. Свойства термопластичных  полимеров

    Свойства  термопластичных (полимеризационных) полимеров обусловлены линейным строением их молекул. Так, при нагревании ослабевает взаимодействие между молекулами и полимер размягчается, вплоть до состояния вязкой жидкости. На этом свойстве термопластов основано формование изделий из этих полимеров, а также их сварка. Однако не все термопласты могут быть переведены в вязкотекучее состояние нагреванием. Это связано с тем, что температура термического разложения некоторых полимеров ниже температуры их текучести. В этом случае используются технологические приемы по снижению температуры текучести (например, введение пластификатора) и по предотвращению разложения полимера (введение стабилизатора и др.).

    Способность термопластичных полимеров набухать и растворяться в некоторых растворителях также объясняется линейным строением молекул. Тип растворителя определяется химической природой полимера. Растворы полимеров даже малой концентрации (2… 5%) отличаются высокой вязкостью, что связано с большими размерами макромолекул полимеров в сравнении с молекулами низкомолекулярных веществ. После испарения растворителя полимер вновь отвердевает. На этом основано применение растворов термопластов в качестве клеев и вяжущих в мастиках и строительных растворах.

3. Полиэтилен

    Полиэтилен — один из наиболее распространенных полимеров, представляющий собой прозрачное роговидное вещество, жирное на ощупь. Плотность его колеблется в пределах от 910 до 970 кг/м3 (в зависимости от метода получения): при нагревании до 85… 90°С он размягчается, а при 105… 130°С — плавится. При поджигании полиэтилен горит с характерным запахом парафина; практически нерастворим ни в одном из растворителей при комнатной температуре; стоек по отношению к кислотам, щелочам, солям; водостоек; прочность при растяжении 20 …40 МПа; эластичность сохраняется до -70°С.

    К недостаткам полиэтилена относятся низкие теплостойкость и твердость, горючесть, слабая адгезия к минеральным материалам, клеям, склонность к старению под действием солнечного света, поражаемость грызунами.

    Полипропилен  по свойствам близок к полиэтилену, но превосходит его по теплостойкости (температура перехода в жидкое состояние 170°С) и механическим свойствам.

    Полиэтилен  и полипропилен применяют для изготовления труб, пленок, листов, пенопластов, погонажных, санитарно-технических и других изделий. Изделия из этих полимеров хорошо свариваются и подвергаются механической обработке.

    Существуют  два принципиально различающихся  способа получения полиэтилена  из мономера – этилена. Полимеризацию  этилена по первому способу проводят при высоком давлении (1500-3000 атм). В этом случае получают полиэтилен низкой плотности (порядка 500 мономерных звеньев). Молекулы полиэтилена низкой плотности имеют разветвленную структуру, что показано на (рис. 3, а):

Рис. 3. Структура полиэтилена: а- низкой плотности; б- высокой плотности  

Рис. 3.а. Полиэтилен разветвленного строения 
 

    Другим, более современным способом получения  полиэтилена является   полимеризация этилена при   небольшом давлении (1 -10 атм) в присутствии особых катализаторов.

    Таким образом получают полимер высокой плотности (порядка 10 000 мономерных звеньев). Особенностью этого процесса является получение молекул полимера линейной структуры (рис. 3.б): 
 

Рис. 3.б. Полиэтилен линейного строения 
 

    Полиэтилен высокой плотности обладает значительно лучшей механической прочностью по сравнению с полиэтиленом низкой плотности.

    Полиэтилен низкой плотности применяют для изготовления упаковочных материалов, пакетов для хранения пищевых продуктов или одежды.

    Полиэтилен высокой плотности используют для изготовления детских игрушек, а также пакетов для молока, соков и жидких моющих средств.

Применение полиэтилена показано на (рис. 4):

Рис. 4. Применение полиэтилена: 1- трубы; 2-одноразовые шприцы; 3-детские игрушки; 4- детали механизмов; 5- пленка для парников;

6-предметы домашнего обихода; 7- клейкая лента; 8- пакеты 

4. Полиизобутилен

    Полиизобутилен — мягкий, эластичный, каучукоподобный полимер, но в отличие от каучуков не способен вулканизироваться (превращаться в резину). По химической стойкости и прочности уступает полиэтилену и полипропилену, но превосходит их по эластичности и степени адгезии к бетону и другим материалам. Из полиизобутилена изготовляют герметизирующие мастики, клеи, пленки.

    Полиизобутилен  является продуктом полимеризации  изобутилена молекулы которого, обладая двойной связью и асимметрией, легко полимеризуются. Длина цепей (молекулярная масса) полимера зависит в основном от условий полимеризации, чистоты и концентрации мономера и природы катализатора.

    Полиизобутилен с молекулярной массой ниже 50 000 представляет собой жидкость, вязкость которой увеличивается с повышением степени полимеризации. В строительной технике применение находят в основном твердые полиизобутилсиы, обладающие средней молекулярной массой    100000—500000. 

Полимерные материалы и пластмассы. Состав и строение полимеров

Полимерными материалами или полимерами называются высокомолекулярные химические соединения, состоящие из многочисленных маломолекулярных звеньев (мономеров) одинакового строения. Чаще всего для получения полимеров применяют следующие мономеры: этилен, винилхлорид, винилацетат, винилденхлорид, тетрафторэтилен, пропилен, метилметакрилат, стирол, мочевину, фенол, меламин, формальдегид.

Особенностью молекул полимеров является их большая молекулярная масса (М > 5•10³). Соединения с меньшей молекулярной массой (М = 500 – 5000) называются олигомерами, у низкомолекулярных соединений М

Различают природные и синтетические полимеры. К полимерам, встречающимся в природе, относятся натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест, шерсть и т. д. Однако ведущее место занимают синтетические полимеры, получаемые в процессе химического синтеза из низкомолекулярных соединений.

В зависимости от способа образования высокомолекулярных синтетических соединений различают полимеры, получаемые либо в процессе поликонденсации, либо в результате реакции присоединения.

Полимеризация – это процесс соединения низкомолекулярных соединений в высокомолекулярные с образованием длинных цепей. Величиной степени полимеризации является количество меров в молекуле полимера. В большинстве полимеров их количество составляет от 1000 до 10000 единиц. В результате полимеризации получают такие часто применяемые полимеры, как полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, политетрафторэтилен, полибутадиен и др.

Поликонденсация – это ступенчатая реакция, заключающаяся в соединении большого количества одинаковых мономеров или двух различных групп (А и В) мономеров в макромолекулы (поликонденсаты) с одновременным образованием побочных продуктов (вода, аммиак, хлороводород, диоксид углерода, метиловый спирт и др.).

С помощью реакции поликонденсации получают полиамиды, полиэстеры, фенопласты, аминопласты, поликарбонаты, полисульфоны, силиконы и другие полимеры.

Полиприсоединение – процесс образования полимера в результате реакции множественного присоединения мономеров, содержащих предельные реакционные группы, к мономерам, содержащим непредельные группы (двойные связи или активные циклы). В отличие от поликонденсации полиприсоединение протекает без выделения побочных продуктов.

К важнейшим реакциям полиприсоединения относятся получение поли-уретанов и процесс отверждения эпоксидных смол.

По составу все полимеры делятся на органические, элементоорганические и неорганические. Органические полимеры, составляющие наиболее обширную группу соединений, состоят из атомов углерода, водорода, кислорода, азота, серы и галогенов. Элементоорганические соединения содержат в составе основной цепи, кроме перечисленных, атомы кремния, титана, алюминия и других элементов, сочетающихся с органическими радикалами. В природе таких соединений нет. Это чисто синтетические полимеры. Их характерными представителями являются кремнийорганические соединения, основная цепь которых построена из атомов кремния и кислорода. Неорганические полимеры (силикатное стекло, керамика, слюда, асбест и др.) не содержат атомов углерода. Основой их являются оксиды кремния, алюминия, магния и др.

Для получения материалов с заданными свойствами в технике часто используют не сами полимеры, а их сочетания с другими материалами как органического, так и неорганического происхождения (металлопласты, пластмассы, полимербетоны, стеклопластики и др.).

Своеобразие свойств полимеров обусловлено их структурой. Различают следующие типы полимерных структур: линейную, линейно-разветвленную, лестничную и пространственную с громоздкими молекулярными группами и специфическими геометрическими построениями (рисунок 15.1).

Рисунок 15.1 – Различные типы структур полимеров: а – линейная; б – линейно-разветвленная; в – лестничная; г – пространственная сетчатая

Полимеры с линейной структурой представляют собой длинные зигзагообразные или закрученные в спираль цепочки (рисунок 15.1, а). Их макромолекулы характеризуются повторениями вдоль цепи одной и той же структурной группы – звена или химической единицы цепи. Для полимеров с линейной структурой существенно наличие достаточно длинных макромолекул с резким различием характера связи вдоль цепи и между цепями (химические и межмолекулярные связи). Для макромолекул полимеров с линейной структурой характерна высокая гибкость. Гибкость – основное свойство полимерных цепей, приводящее к качественно новым свойствам: высокой эластичности и отсутствию хрупкости в твердом состоянии. Полимеры с линейно-разветвленной структурой помимо основной цепи имеют боковые ответвления (рисунок 15.1, б). К типичным полимерам с линейной структурой относится полиэтилен, с линейно-разветвленной – полиизобутилен и полипропилен.

Молекула полимера с лестничной структурой (рисунок 15.1, в) состоит из двух цепей, соединенных химическими связями. Полимеры с лестничной структурой, к которым относятся, например, кремнийорганические полимеры, характеризуются повышенной термостойкостью, жесткостью, они нерастворимы в органических растворителях.

Полимеры с пространственной структурой (рисунок 15.1, г) образуют при соединении макромолекул между собой в поперечном направлении прочные химические связи. В результате такого соединения макромолекул образуется сетчатая структура с различной густотой сетки или пространственная сетчатая структура. Полимеры с пространственной структурой обладают большей жесткостью и теплостойкостью, чем полимеры с линейной структурой. Полимеры с пространственной структурой являются основой конструкционных неметаллических материалов.

По фазовому составу полимеры представляют собой системы, состоящие из кристаллических и аморфных областей.

Кристаллическая фаза полимеров способствует повышению их твердости, прочности, модуля упругости и других механических характеристик, одновременно снижая гибкость молекул. Аморфная фаза уменьшает жесткость, делает полимер более эластичным, т. е. способным к большим обратимым деформациям. Отношение объема всех кристаллических областей к общему объему называют степенью кристалличности. Высокую степень кристалличности (60 – 80 %) имеют фторопласты, полипропилен, полиэтилен высокой плотности. Меньшей степенью кристалличности обладают поливинилхлорид, полиэтилен низкой плотности.

В зависимости от того, как ведут себя полимеры при нагреве, они делятся на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные полимеры при нагреве размягчаются и плавятся, а при охлаждении затвердевают. При этом материал не претерпевает химических превращений, что делает процесс плавления-затвердевания полностью обратимым. Термопластичные полимеры имеют линейную или линейно-разветвленную структуру макромолекул. Между молекулами действуют слабые силы и нет химических связей. К термопластам относятся полиэтилен, полистирол, полиамиды и др. Изделия из термопластичных полимеров изготавливают литьем под давлением в водоохлаждаемые формы, прессованием, экструзией, выдуванием и другими способами.

Термореактивные полимеры сначала имеют линейную структуру и при нагреве размягчаются, затем в результате протекания химических реакций приобретают пространственную структуру и превращаются в твердое вещество, сохраняя и в дальнейшем высокую твердость. Последующий нагрев не размягчает их и может привести только к их разложению. Готовый термореактивный полимер не плавится и не растворяется, поэтому в отличие от термопластичного не может подвергаться повторной переработке. К термореактивным полимерам относятся феноло-формальдегидная, кремнийорганическая, эпоксидная и другие смолы.

Термопластичные полимеры :: информационная статья компании Полимернагрев

Пластики – это искусственно произведенные материалы, изготавливаемые из нефтепродуктов, угля и природного газа.

В зависимости от структуры полимерных молекул и реакции на нагревание пластики разделяют на:

• Термоплачстичные полимеры или термопласты, легко размягчающиеся под воздействием температуры

• Реактопласты, состоящие из макромолекул с плотным сцеплением, остающиеся твердыми даже при нагреве. Характеризуется высокой твердостью, хрупкостью и устойчивостью к растворителям.

• Эластомеры, с широким расположением молекул и повышенной упругостью.

Общие сведения о термопластах

Термопластами называют тип полимеров, которые при нагревании расплавляются до мягкого или жидкого состояния, а при остывании приобретают первоначальные свойства прочности. Молекулы термопластичных полимеров имеет линейную или разветвленную структуру с беспорядочным расположением в большинстве случаев. Физические свойства термопластов имеют зависимость от связей между молекулами, а те в свою очередь очень чувствительны к температуре. Таким образом, физические свойства термопластов напрямую зависят от температуры материала.

Классификация термопластов

Термопластичные полимеры можно разделить на такие группы:

• Аморфные термопласты с неупорядоченной структурой молекул (PS, PVC, PMMA, PC ).

• Термопласты с частичной кристаллизацией, в которых аморфные участки перемежаются с упорядоченными структурами (PE, PP, POM, PA)

Аморфные термопластичные полимеры

Как следует из названия «аморфные», молекулы полимеров данной группы не имеют определенной структуры. Их внутреннее положение в пространстве схоже с комком ваты. Термопласты аморфного типа имеют высокую упругость, прочность, а при температуре 20⁰С еще и хрупкость. Так как структура молекул аморфных термопластов ассиметрична и беспорядочна, они не подвержены кристаллизации, поэтому остаются полностью прозрачными без введения в них дополнительных модификаторов цвета. Полимерные материалы группы аморфных термопластов имеют низкую усадку при литье. Для повышения качеств обрабатываемости обычно применяют различные модификаторы.

Температура стеклования (отсутствие движения макромолекул и сегментов) термопласта в большинстве случаев выше их применения в обычных условиях. При стандартных температурах окружающей среды термопластичные пластики по физическим свойствам не отличаются от твердых материалов с упруго обратимой деформацией. Когда же полимер из термопластов нагревают до величин температурных показателей выше температуры стеклования, термопласт становится мягким и эластичным. Находясь в высокоэластичном состоянии, полимер реагирует на физическую нагрузку энтропийной деформацией.

При дальнейшем нагреве термопласта до температуры текучести, пластик становится текучим и можно легко сместить цепи макромолекул при физическом воздействии на материал. Это обеспечивает необратимую деформацию течения полимера. Также следует помнить, что не все деформации, которые происходят в вязкотекучем состоянии с полимером, являются деформациями течения.

Термопластичные полимеры применяются для изготовления изделий методом экструзии, горячеканального литья под давлением, термоформованием, сваркой и прочими типами механической обработки с применением предварительного нагрева. Нагревательные элементы для всех типов оборудования, которые применяются для обработки термопластов вы можете найти в каталоге нагревателей.

Термопласты с частичной кристаллизацией

Данный тип полимерных материалов имеет в составе как участки с определенной структурой, так и неструктурированные. Структурированные участки макромолекул имеют название кристаллитов и в них плотность молекулярной структуры больше, чем в аморфных частях, так же как и сила физического соединения. К примеру, такой симметричной и длинной молекулярной цепью обладает полиэтилен с высокой плотностью. Чем больше будет кристаллизованных участков в полимере, тем менее прозрачным он будет. Для частично кристаллизованных термопластов температура эксплуатации обычно выше, чем значение стеклования, но переход в расплавленное состояние происходит очень резко без стадии повышенной эластичности. При остывании материал так же быстро застывает, но при этом количество участков с кристаллизацией увеличивается, поэтому он сильно деформируется и усаживается.

Свойства термопластичных полимеров в значительной степени зависит от длины молуекулы, химической структуры сегментов, уровня кристаллизации и взаимодействия молекул.

Изменение свойств термопластов под влиянием нагрева

Для частично кристаллизованных термопластов применяют такие методы обработки, в зависимости от их состояния в температурных зонах:

• Твердое. Резка, фрезеровка.

• Эластичное. Формование, изгиб.

• Термопластичное. Экструзия, литье, прессовка.

 Влияние температуры на термопласты частично кристаллизованной группы

Для термопластичных аморфных полимеров методы обработки в зависимости от состояния:

• Твердо-хрупкое. Не обрабатывается.

• Упруго-твердое. Склеивание, поверхностная обработка.

• Термоэластичное. Формование вытягиванием и растяжкой.

• Термопластичное. Сваривание, экструзия, прессовка.

Влияние температуры на термопласты аморфной группы

Реакция на температуру полипропилена и полиэтилена

Полиэтилен

Полиэтилен – это термопластичный полимер группы с частичной кристаллизацией с простой структурой молекулы. Плотность полиэтилена зависит от уровня кристаллизации.

Полиэтилен характеризуется такими качествами:

• большая прочность

• низкий уровень плотности

• температура использования: -50 °C..+90 °С

• высокая электроизоляция

• стойкость к хим. воздействию

Свойства полиэтилена зависят от плотности и молекулярной массы.

Полипропилен

В молекуле полипропилена метиловая боковая группа молекулы может быть упорядочена в пространстве по-различному. Из-за этого полипропилен может изготавливаться с разными свойствами.

Отличительные свойства полипропилена от полиэтилена:

• Меньше плотность

• Больше прочность

• Выше температура плавления

• Становится хрупким при отрицательных температурах

• Меньшая устойчивость к хим воздействию

Термопласты и реактопласты. ППУ (пенополиуретан) – термопласт или реактопласт?

Любой полимер (или пластмасс) можно классифицировать на 2 группы — реактопластичные (реактопласты) и термопластичные (термопласты) полимеры.

Отличие заключается в том, как тот или иной полимер ведет себя при нагревании. Термопласты под воздействием высоких температур обладают способностью многократно переходить в вязкотекучее (пластичное) состояние и вновь отверждаться при понижении температуры. Реактопласты же под воздействием высоких температур приобретают сшитую структуру макромолекул, это необратимый процесс. При последующем нагреве реактопластичные полимеры разрушаются, не переходя в пластичное состояние.

Как следствие, способы и технологии переработки реактопластичных и термопластичных полимеров сильно отличаются. Так термопласты перерабатывают преимущественно литьем под давлением, центробежным литьем, экструзией, выдуванием, вакуумным и пневматическим формованием, штамповкой. В то время как к реактопластам применимы технологии прямого (компрессионного) прессования, литьевого и штранг-прессования.

Разберемся более подробно в терминологии, классификации и примhttps://himtrust.ru/company/articles/makromolekula-penopoliuretana-konformatsiyaерах.

Виды и свойства термопластов

Термопластами (также называемые термопластичными полимерами, термопластиками, термопласт-полимерами, пластмассами, thermoplast, thermoplastic), говоря научным языком, называют полимеры, способные многократно преобразовываться при нагреве в высокоэластичное либо вязкотекучее состояние и в этой фазе перерабатываются в конечные изделия. По завершению изготовления изделия они обладают возможностью повторной переработки, что особенно важно при утилизации полимерных отходов.

К термопластам относят полиэтилен, полиметилметакрилат, полипропилен, полиэтилентерефталат, поливинилхлорид, поликарбонат, политетрафторэтилен, политрифторхлорэтилен, полиизобутилен, полистирол, полиамид, полиимид и другие полимеры.

Такие свойства обусловлены структурой макромолекул и их взаимодействием. Так термопластам свойственны линейные и разветвленные структуры макромолекул, а также отсутствие 3-хмерных сшитых структур. При этом группы макромолекул могут образовывать как аморфные, так и аморфно-кристаллические структуры. Макромолекулы связанны друг с другом, как правило, только физически, и энергия обрыва таких связей невысока, гораздо ниже энергии обрыва связей на химическом уровне в макромолекуле. Именно этим и обусловлен переход термопластов в пластичное состояние без деструкции макромолекул.

Однако существуют некоторые полимеры с линейной структурой макромолекул, но термопластичными не являются, так как температура их деструкции ниже температуры текучести. Ярким примером служит целлюлоза.

Чаще всего термопласты нерастворимы в воде (малогигроскопичны), являются горючими, устойчивыми к щелочным и кислотным средам, являются диэлектриками. Термопластичные полимеры классифицируют на неполярные и полярные по тому, как они себя ведут при наложении электрических полей.

Термопласты бывают наполненными или однородными. Однородные термопласты также именуют смолами, которые, в свою очередь, подразделяют на природные и синтетические. Наполнители же значительно изменяют эксплуатационные и технологические свойства термопластов. Широкое применение получили стеклопластики (полимеры, наполненные стекловолокном), углепластики (полимеры, наполненные углеволокном), а также специальные пластики (полимеры, наполненные разнообразными добавками — антипиренами, электропроводящими и антифрикционными добавками, антистатиками, износостойкими добавками и т.д.).

Виды и свойства реактопластов

Реактопластами (также называемые, реактопластиками, термореактивными пластмассами, реактопластичными полимерами, дуропластами, реактопласт-полимерами, thermoset), говоря научным языком, называют полимерные материалы, которые при формовании в конечные изделия проходят необратимую химическую реакцию с образованием сшитой структурной сетки макромолекул (отверждение), в результате которой образуется неплавкий и нерастворимый полимер. По завершению отверждения изделия более не имеют возможности вторичной переработки, а при нагреве материал не становится пластичным, а лишь деструктирует или возгорается.

По виду применяемых основ реактопластичные полимеры делят на фенопласты (основа — фенолформальдегидные смолы), имидопласты (основа — олигоимиды), эпоксипласты (основа — эпоксидные смолы), эфиропласты (основа — акриловые олигомеры), аминопласты (основа — мочевино- и меламино-формальдегидные смолы) и др.

Часто реактопластмассы в изделиях являются не чистыми полимерами (т.к. высоки усадочные процессы), а наполненными (композитными). Так обычно они содержат такие наполнители как стекловолокно и другие волокнистые наполнители, сажу, мел, целлюлозу, древесную муку, кварцевый песок и др.

Термореактивные материалы за счет сшитой трехмерной структуры, как правило, обладают более высокими показателями твёрдости, хрупкости и упругости, более низким коэффициентом теплового расширения, чем термопластичные материалы, имеют стойкость к органическим растворителям и слабым кислотным и щелочным средам. В отличие от термопластов, чаще всего, могут эксплуатироваться при более высоких температурах. Однако процессы переработки несколько более сложны и требуют соблюдения временных промежутков и температур, за пределами которых могут произойти необратимые реакции и, как следствие, получение брака изделий.

ППУ — термопласт или реактопласт?

Ответ на вопрос не так прост, как может показаться. Строго говоря, двухкомпонентный полиуретан является реактопластом, поскольку полиэфирный компонент отверждается изоцианатным компонентом (реже используются иные отвердители) с образованием сшитых макромолекулярных структур (реакция полиприсоединения). Тоже самое справедливо и для газонаполненных полиуретанов (пенополиуретанов или, проще говоря, ППУ), отверждаемых изоцианатным компонентом, с той лишь разницей, что в полимерную структуру заключены пузырьки газа. В зависимости от функциональности компонентов, степени сшивки и средней длины макромолекул мы можем получать эластичные, интегральные или жесткие ППУ. Такой реактопластичный ППУ при повышенных температурах обугливается и деструктирует, минуя высокоэластичное состояние.

Однако еще в далеких 60-х годах минувшего столетия американские исследователи впервые получили термопластичный полиуретан. Позднее удалось сделать его и газонаполненным, т.е. получить термопластичный пенополиуретан. Основным сырьевым компонентом служат простые и сложные полиэфиры, полиэфиры угольной кислоты, алифатический изоцианат. Как правило, термопластичные полиуретаны (ТПУ) являются однокомпонентными. В зависимости от используемого компонента меняются и свойства конечных продуктов.

ТПУ сочетает в себе прочностные свойства жестких пластиков и высокоэластичные свойства каучуков в широком диапазоне температур. При малой массе, ТПУ выдерживает высокие физическо-механические нагрузки и противостоит разнообразным видам воздействий — истиранию, отрицательным температурам, жирам, маслам и растворителям. Не подвержен воздействию микроорганизмов. Имеет способность шумо- и виброгашения, окрашивается в различные цвета.

Благодаря удачному сочетанию свойств и возможности эти свойства варьировать в широком диапазоне, термопластичный полиуретан стал хорошим заменителем ряда пластиков, резин и даже металлов, и сегодня широко используется во многих промышленных отраслях. Так данный полимер используется для производства подошв обуви, изоляция силовых кабелей, шлангов высокого давления, шин, уплотнителей, футеровочных пленок и листов, амортизационных опор, декоративных элементов в автомобилестроении, роликов на скейтбордах и т.д.

ТПУ перерабатываются литьем под давлением и экструзией.

Дополнительно по данной теме смотрите:

Термопластичные полимеры и пластмассы – Осварке.Нет

Полиэтилен. Он обладает рядом ценных свойств: влаго- и газонепроницаем, не набухает в воде, эластичен в широком интервале температур, устойчив к действию кислот и щелочей, обладает очень хорошими диэлектрическими свойствами.

Полиэтилен выпускают высокого давления (ВД) и низкого давления (НД), различающиеся методом изготовления и физико-химическими свойствами. Полиэтилен ВД имеет температуру плавления 115°С, а полиэтилен НД – 120-135°С. Полиэтилен низкого давления обладает большей механической прочностью и жесткостью, чем полиэтилен высокого давления, и используется для изготовления труб, шлангов, листов, пленки, деталей высокочастотных установок и радиоаппаратуры, различных емкостей. Литьем изготовляют вентили, краны, золотники, зубчатые колеса, работающие с малой нагрузкой. Полиэтилен высокого давления применяют как упаковочный материал в виде пленки или в виде небьющейся химической посуды.
Однако ввиду недостаточной прочности для изготовления деталей машин его применяют ограниченно. Основной недостаток полиэтилена – его невысокая теплостойкость, изделия из него рекомендуется использовать при температуре не выше 80°С. Полиэтилен хорошо обрабатывается и перерабатывается всеми известными способами: литьем под давлением, вакуум-формованием, экструзией, механической обработкой, сваркой.

Поливинилхлорид. Пластифицированный поливинилхлорид называют пластиком, непластифицированный твердый листовой материал – винипластом. Пластмассы на основе поливинилхлорида обладают хорошими диэлектрическими и механическими свойствами. Однако они имеют невысокую термостойкость: до 60°С. Поливинилхлорид не стоек к действию ароматических и хлорированных углеводородов и концентрированной азотной кислоты.

Рабочая температура винипласта для нагруженных деталей от 0 до +40°С. Винипласт при пониженных температурах становится хрупким; при резких изменениях температуры коробится, а при нагреве до 40-60°С разупрочняется и теряет жесткость. Он не горит, но при температуре 120-140°С начинает размягчаться, что используется для сварки отдельных листов между собой. В пламени обугливается; температура разложения 160-200°С. Склонен к старению под влиянием атмосферных воздействий и химических реагентов, при этом приобретает повышенную хрупкость и пониженную прочность при разрыве.
Винипласт выпускают главным образом в виде листов, труб, стержней, уголка. Изделия из винипласта изготовляют выдавливанием, штамповкой, гибкой, механической обработкой, сваркой, склейкой. Склеивание осуществляют перхлорвиниловым клеем. Гибку, штамповку, вытяжку можно проводить при нагреве (130°С).

Из винипласта изготовляют емкости в химическом машиностроении, аккумуляторные баки и сепараторы для аккумуляторов, вентили, клапаны, фитинги для трубопроводов, крышки, пробки, плитки для футеровки электролизных и травильных ванн, детали насосов и вентиляторов и другие изделия.
Изделия из винипласта не должны подвергаться толчкам и ударам при низких температурах, их прочность зависит от величины и продолжительности действия деформирующих усилий. Во все композиции на основе поливинилхлорида вводят стабилизирующие вещества для защиты от теплоты и света.
Пластикаты применяют для изоляции и оболочек проводов и кабеля, для производства медицинских изделий, в строительной промышленности. Пасты из поливинилхлорида с пластификатором используют для защиты металлов от коррозии.

Полиамиды. Они отличаются сравнительно высокой прочностью и низким коэффициентом трения.
Наибольшее распространение из полиамидов получил капрон как относительно дешевый и наименее дефицитный материал. Его износостойкость в несколько раз выше, чем стали, чугуна и некоторых цветных металлов. Наилучшими антифрикционными свойствами обладает капрон с добавлением 3-5% графита. Ввиду низкой теплопроводности капрона (в 250-300 раз меньше, чем у металлов) при конструировании подшипников необходимо принимать меры для обеспечения хорошего теплоотвода. Капрон отличается удовлетворительной химической стойкостью, а также стойкостью к щелочам и большинству растворителей (бензину, спирту и др.).

Для изготовления деталей из капрона и других полиамидов наиболее широко используют метод литья под давлением. Капрон хорошо обрабатывается резанием, склеивается и сваривается. Из него выполняют детали антифрикционного назначения, подшипники, зубчатые колеса, кронштейны, рукоятки, крышки, корпуса, трубопроводную арматуру, прокладки, шайбы и т. п.

Полистирол. Это бесцветный прозрачный материал, обладающий абсолютной водостойкостью, высокими электроизоляционными свойствами, светостойкостью и твердостью. Полистирол стоек к плесени, к щелочным и кислым средам и растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах. Его диэлектрические свойства мало изменяются при изменении температуры от -80 до +110°С. К недостаткам полистирола относят его малую теплостойкость, хрупкость и подверженность к старению и растрескиванию. Для предотвращения растрескивания в полистирольные материалы вводят пластификаторы или минеральные наполители. Перерабатывается полистирол методом литья под давлением, экструзией и выдуванием. Изделия из полистирола можно подвергать любым видам механической обработки.

Из полистирола изготовляют антенны, панели, катушки, лабораторную посуду. Из блочного полистирола экструзией – выдавливанием можно получать трубки, стержни и другие профильные изделия, пленки, ленты и нити различной толщины. Полистирольные трубки применяют для изоляции высокочастотных проводов, изготовления деталей радиолокационной аппаратуры, изоляторов. Этот полимер широко используют для изготовления бытовых изделий; в технике широко применяются сополимеры стирола. Сополимеризация улучшает свойства чистого полимера (механическую прочность, теплостойкость). Сополимеры стирола применяют с метилметакрилатом (марки МСН, МС-2 и МС-3). При сополимеризации стирола с нитрильным каучуком получают материал ПКНД, обладающий большой гибкостью. Из него изготовляют ударостойкие корпуса для машин методом литья под давлением или глубокой вытяжки. Более прочный материал СНП (сополимер стирола с акрилонитрилом, модифицированный нитрильным каучуком) выпускают в виде листов и крошки, перерабатывают в изделия методом литья под давлением и штамповкой изделий из листов.

Фторопласты. Эти полимеры состоят преимущественно из углерода и фтора. Наибольшее применение в промышленности получили непрозрачные для света фторопласт-4 и фторопласт-3. Фторопласт-4 химически абсолютно стоек. На него оказывают действие только расплавы солей щелочных металлов и фтор при высоких температурах. Коэффициент трения фторопласта-4 в семь.раз ниже коэффициента трения хорошо полированной стали, что способствует использованию его в машиностроении для трущихся деталей без применения смазки, однако при незначительных нагрузках, так как фторопласт-4 обладает хладотекучестью, увеличивающейся с повышением температуры. Фторопласт-4 работает в интервале температур от -250 до +260°С. Фторопласт-4 не перерабатывается обычными методами для переработки термопластов, так как не переходит в вязкотекучее состояние. Изделия из фторопласта-4 получают спеканием при температуре 350-370°С порошка, спрессованного по форме детали.

Фторопласт-3 при нагреве до температуры 210°С размягчается и плавится, что дает возможность перерабатывать его методом литья под давлением. Фторопласт-3 может работать в интервале температур от -80 до +70°С; он химически стоек, но набухает в органических растворителях; более тверд и механически прочен, чем фторопласт-4, не обладает холодной текучестью.
Фторопласты широко применяются для изготовления уплотнительных деталей – прокладок, набивок, работающих в агрессивных средах, деталей клапанов кислородных приборов, мембран, химически стойких деталей (труб, гибких шлангов, кранов и т. д.), самосмазывающихся вкладышей подшипников, реакторов, насосов, тары пищевых продуктов, используют в восстановительной хирургии. Фторопласты также нашли применение для защиты металла от воздействия агрессивных сред. Покрытие производится из суспензий или эмульсий с последующим спеканием.

Полиметилметакрилат. Это термопластический материал (органическое стекло), обладающий прозрачностью, твердостью, стойкостью к атмосферным воздействиям, водостойкостью, стойкостью ко многим минеральным и органическим растворителям, высокими электроизоляционными и антикоррозионными свойствами. Он выпускается в виде прозрачных листов и блоков, Органические стекла выгодно отличаются от минеральных стекол низкой плотностью, упругостью, отсутствием хрупкости вплоть до -50-60°С, более высокой светопрозрачностью, легкой формуемостью в детали сложной формы, простотой механической обработки, а также свариваемостью и склеиваемостью. Однако по сравнению с минеральными стеклами органические стекла обладают более низкой поверхностной твердостью. Поэтому поверхность органического стекла легко повреждается и его оптические свойства нарушаются. Теплостойкость органического стекла ниже, чем у минерального; кроме того, органическое стекло легко загорается.

Крупные изделия сферической формы изготовляют из разогретых листов методом формования при помощи вакуума. Мелкие изделия получают штамповкой заготовок из нагретого листа, вытяжкой и выдуванием горячим воздухом. Органическое стекло растворяется в дихлорэтане. Раствор органического стекла в дихлорэтане используют в качестве клея для соединения органического стекла. Листы из органического стекла сваривают методом контактной сварки при 140-150°С и давлении 0,5-1 МПа. Органическое стекло применяется для изготовления санитарно-технического оборудования, светильников, фонарей, деталей приборов управления.
Поликарбонаты. Это новые термопластические материалы, обладающие ценными свойствами: высокой поверхностной твердостью, ударной прочностью и теплостойкостью. Они водостойки и стойки к окислительным средам при повышенных температурах. Поликарбонаты совершенно прозрачны и могут быть использованы вместо силикатного стекла. Поликарбонаты применяют для изготовления зубчатых колес, втулок, клапанов, кулачков и других подобных деталей. Поликарбонаты перерабатывают в изделия всеми способами, применяемыми для изготовления изделий из термопластов.

Пенопласт. Это полимер, отличающийся химической стойкостью и атмосферостойкостью. По водостойкости пенопласт аналогичен фторопластам, полиэтилену и полистиролу. Из пенопласта изготовляют химически стойкие трубы, клапаны, вентили, сепараторные кольца, подшипники, детали часовых механизмов.

Полиимиды. Это новый вид термопластичных пластмасс, обладающих высокой нагревостойкостью (220-250°С), хорошими электрическими характеристиками и большими значениями механических характеристик. Полиимидные пластмассы могут использоваться при температурах до -155°С.
Полиимиды химически стойки. Они не растворяются в большинстве органических растворителей, на них не действуют разбавленные кислоты, минеральные масла и вода. Разрушение полиимидов вызывают концентрированные кислоты, щелочи и перегретый водяной пар.

Из полиимидов получают электроизоляционные пленки светло-желтой или коричневой окраски. Полиимидные пленки выпускаются толщиной от 5 до 100 мкм и более. На основе полиимидов изготовляют различные пластмассовые изделия электроизоляционного и конструкционного назначения. Для этого используют как чистые полиимиды, так и наполненные стекловолокном и другими нагревостойкими наполнителями. Изделия из полиимидов изготовляют литьем и прессованием при температурах 350-400°С.

Состояния полимеров | Задание 450(ш)

Задание 450
Какие полимеры называются термопластичными, термореактивными? Укажите три состояния полимеров. Чем характеризуется переход из одного состояния в другое?
Решение:
Полимеры делятся на две группы по своему отношению к нагреванию

Задание 450
Какие полимеры называются термопластичными, термореактивными? Укажите три состояния полимеров. Чем характеризуется переход из одного состояния в другое?
Решение:
Полимеры делятся на две группы по своему отношению к нагреванию — термопластичные и термореактивные.
Полимеры, которые при повышении температуры размягчаются, а при охлаждении снова становятся твердыми, называются термопластичными. Термопластичные полимеры (термопласты) состоят из макромолекул, соединенных между собой только физическими связями. Энергия разрыва физических связей невелика и составляет от 12 до 30 кДж/моль. При нагревании физические связи исчезают, при охлаждении — восстанавливаются. Энергия разрыва химических связей, соединяющих мономерные звенья в цепную макромолекулу, многократно превышает указанные значения и составляет 200-460 кДж/моль. Поэтому при нагревании термопластов до температуры плавления физические связи исчезают, а химические — ковалентные — сохраняются, и, следовательно, сохраняется неизменным химическое строение полимера. При охлаждении и затвердевании такого расплава физические связи и основные физические свойства термопластичного полимерного вещества восстанавливаются. Таким образом, термопласты, во-первых, допускают формование изделий из расплава с его последующим охлаждением и затвердеванием и, во-вторых, могут перерабатываться многократно. Это, в свою очередь, позволяет возвращать в производственный цикл отходы производства, брак, изделия, утратившие потребительскую ценность. К этому типу полимеров относятся полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол и др.

Термореактивные полимеры (реактопласты)  — полимеры с пространственной структурой, которые при нагревании разлагаются, не переходя в вязкотекучее состояние. Они состоят из макромолекул, соединенных поперечными ковалентными, то есть химическими связями. Образовавшаяся сетчатая химическая структура необратима. Нелимитированное нагревание сетчатых полимеров приводит не к расплавлению, а к разрушению пространственной сетки, сопровождающемуся термодеструкцией. С точки зрения практики это означает, что реактопласты допускают лишь однократную переработку в изделия, которые формуются в результате химической реакции отверждения. К термореактивным полимерам относятся: фенолоальдегидные, карбамидные, полиэфирные, эпоксидные и полиуретановые смолы.

Полимеры могут существовать в двух фазовых состояниях — аморфном и кристаллическом. В свою очередь, аморфные полимеры могут существовать в трех физических состояниях — стеклообразном, высокоэластическом и вязкотекучем. С каждым из этих состояний связан определенный комплекс механических свойств. Из одного физического состояния в другое полимер переходит при изменении температуры. С каждым из физических состояний связан определенный комплекс свойств, и каждому состоянию отвечает своя область технического и технологического применения. Переход из одного состояния в другое происходит в некотором интервале температур. Средние температуры, при которых наблюдается изменение физического состояния, называются температурами перехода. Температура перехода из стеклообразного состояния в высокоэластическое (и обратно) называется температурой стеклования (Тс), а температура перехода из высоколастического состояния в вязкотекучее (и обратно) называется температурой текучести (Тт). При охлаждении полимера ниже Тс происходит фиксирование неравновесной (псевдоравновесной, или метастабильной) упаковки макромолекул – застекловывание полимера. При понижении температуры ниже Тс уменьшается амплитуда колебаний и количество флуктуаций, приводящих к перескоку макромолекулы из одного положения в другое. Это, в свою очередь, приводит к увеличению плотности упаковки молекул и, следовательно, плотности всего образца. При этом подвижность всех сегментов макромолекул становится ограниченной, и полимер переходит в стеклообразное состояние.

Если нагревать застеклованный полимер, то сразу после того, как будет превышена температура стеклования, образец начнет размягчаться и переходить в высокоэластическое состояние. При дальнейшем повышении температуры полимер переходит в вязкотекучее состояние. В этом состоянии он способен необратимо течь под воздействием иногда сравнительно небольших внешних усилий. Высокая вязкость материала может привести к значительному выпрямлению цепей и их ориентации в направлении приложения силы, что используется для получения ориентированных высокопрочных волокон и пленок. При низких температурах все полимеры деформируются так же, как и низкомолекулярные твердые упругие тела. Так, полиизобутилен, находящийся при комнатной температуре в высокоэластическом состоянии, нагреванием может быть переведен в вязкотекучее состояние, а охлаждением – в стеклообразное. Осуществляемые в результате изменения.

Что такое термопластичный полимер?

Одним из наиболее узнаваемых реальных приложений химии является разработка пластмасс. От спасательных медицинских устройств до контейнеров для посуды, которые вы используете для хранения остатков запеканки, – вас повсюду пластик. Один тип пластика особенно хорошо известен своей универсальностью и пригодностью для вторичной переработки: термопластичные полимеры.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Термопластичные полимеры образуются, когда повторяющиеся звенья, называемые мономерами, соединяются в цепи или разветвления.Поскольку термопластичные полимеры размягчаются при нагревании, их легко формовать в различные формы, а также их можно перерабатывать. Обычно термопластичные полимеры используют в производстве труб, канатов, ремней, изоляторов и клеев.

Что такое полимер?

Полимер – это просто материал, состоящий из множества повторяющихся звеньев, называемых мономерами, которые соединяются в цепи или разветвления. Некоторые полимеры, такие как крахмал, целлюлоза и резина, встречаются в природе, в то время как другие, например, полиэстер, нейлон и пластик, являются синтетическими.

Что делает термопластичные полимеры особенными?

Мономеры, из которых состоят термопластичные полимеры, соединяются посредством электрических связей, называемых силами Ван-дер-Ваальса, которые слабо притягивают нейтральные молекулы друг к другу. Эти повторяющиеся звенья устроены таким образом, что молекулы термопластичного полимера выглядят как множество нитей жемчуга, смешанных вместе.

Поскольку их связи являются слабыми, термопластические полимеры легко размягчаются при нагревании, что позволяет производителям формовать их в широком диапазоне форм, затем повторно размягчать и снова формовать.Эта способность повторно использовать термопластичные полимеры на неопределенный срок означает, что они пригодны для вторичной переработки.

Другие преимущества этих полимеров включают превосходную прочность и способность противостоять усадке. С другой стороны, термопластичные полимеры действительно имеют несколько недостатков, включая высокую стоимость производства и тот факт, что они легко плавятся, что делает их непригодными для некоторых высокотемпературных применений.

Какие бывают распространенные термопластичные полимеры?

На самом деле существует множество типов термопластичных полимеров, уникальных по форме и функциям.Производители часто используют полиэтилен высокого давления для герметизации твердых предметов, таких как электрическое оборудование. Полиэтилен низкого давления очень эластичен и идеально подходит для изоляции электрических кабелей. Полиамид чаще всего ассоциируется с производством веревок и ремней. Возможно, наиболее узнаваемым термопластичным полимером является поливинилхлорид или ПВХ, из которого легко формуются трубы, контейнеры и изоляционные материалы. Наконец, некоторые клеи представляют собой термопластичные полимеры, включая акрилаты, цианоакрилаты и эпоксидную смолу.

Хотя термопластичные полимеры бывают самых разных форматов и служат множеству уникальных целей, основные характеристики этих материалов остаются неизменными: высокая универсальность и возможность вторичной переработки. Когда дело доходит до применения химии в реальном мире, вам будет сложно найти лучший пример, чем производство пластмасс, в том числе термопластичных полимеров.

Термопластичные полимеры – Polyvisions Inc

PolyVisions находит решения в термопластичных полимерах

PolyVisions освоила использование термопластичных полимеров, превратив пластик в решения мирового класса, отвечающие требованиям своих клиентов.Основанная в 1986 году, PolyVisions Inc. стала одним из самых надежных производителей пластиковых смесей, обслуживающим клиентов в различных отраслях.

Термопласты или термопластические полимеры – это пластик, который можно формовать или изменять форму путем нагревания. Этот материал становится мягким при нагревании. Его можно повторно нагревать несколько раз, пока не будет получена идеальная форма. Когда термопласт остывает, он принимает новую форму с гладкой, но твердой поверхностью.

Материалы из термопластов

Сегодня термопластичный полимер имеет несколько применений.Это материал, который можно найти в наиболее часто используемых объектах, включая защитные каски, бутылки для выжимания, акриловые линзы, поролоновые чашки и тому подобное. Термопласты легко перерабатываются. Материал способен выдержать несколько нагревов и формования.

Благодаря способности этих материалов нагреваться, плавиться и изменять форму без изменения их свойств, термопластичные полимеры, такие как бытовые контейнеры и пластиковые бутылки, можно заземлять, нагревать, очищать и повторно использовать.

Температура плавления термопласта составляет от 120 до 180 градусов Цельсия. При этой температуре пластичный материал переходит в жидкую пастообразную форму. Превратив его в жидкую форму, ему можно придать различные формы и использовать для создания других полезных объектов.

Виды термопластов

Примеры термопластичных материалов, среди многих других, включают полистирол, поливинилхлорид и полиэтилен. Их часто используют для упаковочных материалов. Другие типы термопластичных полимеров включают нейлон, акрил, полиэфиры и т. Д.

Благодаря своим свойствам самосмазки и устойчивости к истиранию нейлон обычно используется для изготовления застежек-молний, ​​лески и веревок. Благодаря своей прочности и ударопрочности полиэтилен является обычным материалом для изготовления игрушек и ведер. ПВХ или поливинилхлорид, с другой стороны, можно превратить в шланговые трубы, напольную плитку и покрытия для кабелей, в то время как акрил используется для изготовления линз, окон и защитных очков.

PolyVisions Inc. работает с длинным списком термопластичных полимеров, включая упомянутые выше.Обладая обширными знаниями в области материаловедения и наличием современного оборудования, PolyVisions может модифицировать термопласты не только путем нагрева и формования, но и путем смешивания их с другими материалами.

Широкая отраслевая надежность PolyVisions

PolyVisions входят предприятия по производству упаковки для пищевых продуктов и пищевой промышленности. Компания использует уникальные технологии нанесения полимерных решеток на широкий спектр смол. Это делает их продукт безопасным для использования на продовольственном рынке.У них есть одобрение FDA.

Производство проводов и кабелей, а также здравоохранение и транспорт также извлекают выгоду из опыта PolyVisions в области производства пластиковых смесей. Для PolyVisions полимер – это не просто пластик. Они создают решения из полимеров, решения, отвечающие потребностям своих клиентов. Если вы ищете решение, отвечающее требованиям вашего бизнеса, посетите веб-сайт PolyVisions и узнайте, как они могут вам помочь. Независимо от того, касается ли ваша проблема термопластичных полимеров или любого типа пластиковой смеси, Polyvisions Inc.Команда поддержки клиентов мирового уровня сможет помочь вам с вашими вопросами.

Представляем преимущества DuraPET и DuraPET PCR

DuraPET 1220 в действии

DuraPET 0624 PCR в действии

типов синтетических органических полимеров

Цель обучения

• Опишите, как химическая структура полимера соотносится с его физическими свойствами.

Ключевые моменты

• Синтетические полимеры – это полимеры, созданные человеком.Их можно разделить на четыре основные категории: термопласты, реактопласты, эластомеры и синтетические волокна. Они обычно встречаются в различных потребительских товарах.
• Различные основные цепи и боковые цепи используются для получения различных синтетических органических полимеров. Основы обычных синтетических полимеров состоят из углерод-углеродных связей, тогда как в гетероциклических полимерах другие элементы (например, кислород, сера, азот) вставлены вдоль основной цепи.
• Семь наиболее распространенных типов синтетических органических полимеров: полиэтилен низкой плотности (LDPE), полиэтилен высокой плотности (HDPE), полипропилен (PP), поливинилхлорид (PVC), полистирол (PS), нейлон, тефлон и термопластичный полиуретан ( ТПУ).

Условия

• термопластичный полимер, который становится пластичным или пластичным при превышении определенной температуры и возвращается в твердое состояние при охлаждении
• синтетические полимеры, синтетические полимеры

Синтетические полимеры – это полимеры, созданные человеком. С точки зрения полезности их можно разделить на четыре основные категории: термопласты, реактопласты, эластомеры и синтетические волокна. Термопласты – это тип полимера, который становится пластичным и пластичным после определенной температуры и затвердевает при охлаждении.Точно так же термореактивные материалы становятся твердыми и не могут изменить форму после застывания; по этой причине их часто используют в клеях. Эластомер – термин, используемый как синоним резины, – это гибкий полимер. Синтетические волокна создаются путем улучшения натуральных растительных и животных волокон и составляют большую категорию полимеров.

Полиакрилаты являются основой обычных синтетических полимеров, таких как полиэтилен и полистирол. Они состоят из углерод-углеродных связей, тогда как гетероцепные полимеры, такие как полиамиды, сложные полиэфиры, полиуретаны, полисульфиды и поликарбонаты, содержат другие элементы (например,грамм. кислород, сера, азот), вставленные вдоль позвоночника. Координационные полимеры могут содержать ряд металлов в основной цепи с нековалентной связью. Также доступно большое количество синтетических полимеров с вариациями основных и боковых цепей.

Синтетические полимеры для повседневного использования

Некоторые известные бытовые синтетические полимеры включают нейлон в текстильных изделиях и тканях, тефлон в сковородах с антипригарным покрытием и поливинилхлорид в трубах. Обычные ПЭТ-бутылки изготавливаются из синтетического полимера, полиэтилентерефталата.Пластиковые комплекты и крышки в основном изготовлены из синтетических полимеров, таких как полиэтилен, а шины – из каучуков Buna. Из-за экологических проблем, создаваемых этими синтетическими полимерами, которые часто не поддаются биологическому разложению и синтезируются из нефти, также рассматриваются альтернативы, такие как биопластики; Однако эти биопластики часто дороже синтетических полимеров.

Многие полимеры полностью состоят из углеводородов. Это делает их гидрофобными, то есть они плохо впитывают воду; это полезная черта, поскольку альтернатива – представьте, что бутылка с водой становится мокрой при наполнении водой, например, – может иметь катастрофические последствия.

Типы синтетических полимеров

Полиэтилен низкой плотности

Полимеры полиэтилена низкой плотности (LDPE) являются одними из наиболее распространенных типов синтетических органических полимеров, которые часто встречаются в домашних условиях. LDPE – это термопласт, изготовленный из мономера этилена. Один из первых полимеров, который был создан, он был произведен в 1933 году компанией Imperial Chemical Industries с использованием процесса под высоким давлением путем свободнорадикальной полимеризации. Сегодня он изготавливается таким способом. LDPE обычно перерабатывается, и цифра 4 является его символом переработки.Несмотря на конкуренцию со стороны более современных полимеров, LDPE продолжает оставаться важным сортом пластмасс.

Полиэтилен высокой плотности

Полиэтилен высокой плотности (HDPE) или полиэтилен высокой плотности (PEHD) – это термопластический полиэтилен, изготовленный из нефти. Для производства одного килограмма HDPE требуется 1,75 кг нефти (в пересчете на энергию и сырье). HDPE обычно перерабатывается, и цифра 2 является его символом.

Полипропилен

Полипропилен (PP), также известный как полипропилен, представляет собой термопластичный полимер, используемый в самых разных областях, включая упаковку и маркировку, текстиль, канцелярские товары, пластиковые детали и многоразовые контейнеры различных типов, лабораторное оборудование, громкоговорители, автомобильные компоненты и т. Д. банкноты полимерные.Дополнительный полимер, изготовленный из мономера пропилена, он прочен и необычайно устойчив ко многим химическим растворителям, основаниям и кислотам.

Поливинилхлорид

Поливинилхлорид (ПВХ) является третьим по величине производимым пластиком после полиэтилена и полипропилена. ПВХ используется в строительстве, потому что он дешевле и прочнее, чем более традиционные альтернативы, такие как медь или ковкий чугун. Его можно сделать более мягким и гибким, добавив пластификаторы, наиболее популярными из которых являются фталаты.В этой форме ПВХ используется в одежде и обивке, в изоляции электрических кабелей, в надувных изделиях и во многих областях, в которых он заменяет резину.

Полистирол

Полистирол (ПС) – ароматический полимер, изготовленный из мономера стирола, жидкого нефтехимического продукта. PS – один из самых популярных пластиков, бесцветное твердое вещество, которое используется, например, в одноразовых столовых приборах, пластиковых моделях, коробках для компакт-дисков и DVD, а также в корпусах дымовых извещателей. Изделия из пенополистирола включают упаковочные материалы, изоляцию и чашки для напитков из пенопласта.Его очень медленное биоразложение является предметом споров, и его часто можно найти на открытом воздухе, особенно вдоль берегов и водных путей.

Нейлон

Нейлон, семейство синтетических полимеров, известных как полиамиды, был впервые произведен 28 февраля 1935 года Уоллесом Каротерсом в исследовательском центре DuPont. Нейлон – один из наиболее часто используемых полимеров. Амидная основная цепь, присутствующая в нейлоне, делает его более гидрофильным, чем полимеры, описанные выше. Обратите внимание, что ваша нейлоновая одежда, например, впитывает воду; это связано с тем, что нейлон может вступать в водородную связь с водой, в отличие от чисто углеводородных полимеров, из которых состоит большинство пластиков.

тефлон

Тефлон (политетрафторэтилен или ПТФЭ) представляет собой синтетический фторполимер тетрафторэтилена, имеющий множество применений. ПТФЭ – это твердое высокомолекулярное соединение, полностью состоящее из углерода и фтора. ПТФЭ гидрофобен: ни вода, ни водосодержащие вещества не могут взаимодействовать с ПТФЭ. ПТФЭ используется в качестве антипригарного покрытия для сковород и другой посуды, поскольку он имеет очень низкое трение с другими составами. Он очень инертен, отчасти из-за прочности углеродно-фторных связей, поэтому его часто используют в контейнерах и трубопроводах для химически активных и агрессивных химикатов.При использовании в качестве смазки ПТФЭ снижает трение, износ и потребление энергии в оборудовании. Хотя широко распространенное мнение, что тефлон является результатом космических проектов НАСА, не соответствует действительности, НАСА использовало его.

Термопластический полиуретан

Термопластический полиуретан (ТПУ) – это любой класс полиуретановой пластмассы. Он обладает множеством полезных свойств, включая эластичность, прозрачность и устойчивость к маслам, жирам и истиранию.Большинство этих свойств являются результатом того факта, что ТПУ гидрофильно и может реагировать с водой. Технически TPU представляет собой термопластичный эластомер, состоящий из линейных сегментированных блок-сополимеров, состоящих из твердых и мягких сегментов.

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

Пластмассы – все о молекулярной структуре

Джеффри А.Янсен

Джеффри А. Янсен

Джеффри А. Янсен

Рис. 1. Механизм реакции присоединения, показывающий полимеризацию мономера стирола в полистирол.

Рис. 1. Механизм реакции присоединения, показывающий полимеризацию мономера стирола в полистирол.

Рис. 1. Механизм реакции присоединения, показывающий полимеризацию мономера стирола в полистирол.

Рис. 2. Механизм реакции конденсации, показывающий полимеризацию полиамида из двухосновной кислоты и диамина.

Рис. 2. Механизм реакции конденсации, показывающий полимеризацию полиамида из двухосновной кислоты и диамина.

Рис. 2. Механизм реакции конденсации, показывающий полимеризацию полиамида из двухосновной кислоты и диамина.

Рис. 3. Полимеры содержат большое количество функциональных групп, ответственных за разнообразие физических свойств.

Рис. 4. Полимерные цепи состоят из большого количества повторяющихся звеньев и переплетены, образуя структуру, подобную спагетти.

Рис. 5. Повторяющаяся единица полиэтилена состоит из двух атомов углерода с боковыми атомами водорода.

Рисунок 6. Структурное представление полукристаллических и аморфных полимеров.

Рис. 7. Шестая термограмма ДСК, показывающая эндотерму плавления для полукристаллического полимера и стеклование для аморфного материала.

Рис. 8. Графическое изображение изменения модуля, характерного для полукристаллических и аморфных полимеров.

Полукристаллический

• Отчетливая и резкая точка плавления
• Непрозрачный или полупрозрачный
• Лучшая стойкость к органическим химическим веществам
• Повышенная прочность на разрыв и модуль упругости
• Лучшее сопротивление ползучести и усталости
• Более высокая плотность
• Повышенная усадка формы

Аморфный

• Размягчение в более широком диапазоне температур
• прозрачный
• Более низкая органическая химическая стойкость
• Повышенная пластичность
• Повышенная прочность
• Меньшая плотность

Таблица 1.

Полукристаллический

• Отчетливая и резкая точка плавления
• Непрозрачный или полупрозрачный
• Лучшая стойкость к органическим химическим веществам
• Повышенная прочность на разрыв и модуль упругости
• Лучшее сопротивление ползучести и усталости
• Более высокая плотность
• Повышенная усадка формы

Аморфный

• Размягчение в более широком диапазоне температур
• прозрачный
• Более низкая органическая химическая стойкость
• Повышенная пластичность
• Повышенная прочность
• Меньшая плотность

Таблица 1.

Характерные свойства пластмасс являются прямым результатом уникальной молекулярной структуры этих материалов. Если пойти дальше, различия в свойствах, демонстрируемых разными пластиками, связаны с разнообразием их структуры. Пластмассы – это полимеры с очень высокой молекулярной массой. Для улучшения своих свойств они часто содержат добавки, такие как наполнители и армирующие элементы, антиразложения и стабилизаторы, антипирены и пластификаторы. Однако основные атрибуты пластикового материала определяются полимером.

Полимеризация

Полимеры – это макромолекулы, которые основаны на структуре, построенной, главным образом или полностью, из большого количества связанных вместе схожих структурных единиц. Полимер, часто называемый цепями, состоит из повторяющихся звеньев, похожих на звенья. Полимеры образуются в процессе, известном как полимеризация, в котором молекулы мономеров связываются вместе посредством химической реакции, которая приводит к трехмерной сети из длинных отдельных полимерных цепей, состоящих из более мелких повторяющихся звеньев.

Существует два основных типа реакций полимеризации – присоединение и конденсация. Аддитивная полимеризация – это образование полимеров из мономеров, содержащих двойную связь углерод-углерод, посредством экзотермической реакции присоединения. Важно отметить, что эта реакция протекает без потери каких-либо атомов или молекул из реагирующих мономеров. Обычные материалы, получаемые посредством аддитивной полимеризации, включают полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и полистирол, как показано на Рисунке 1.

Напротив, конденсационные полимеры образуются в результате ступенчатой ​​реакции молекул с различными функциональными группами. Реакция является эндотермической и приводит к образованию воды или других небольших молекул, таких как метанол, в качестве побочного продукта. Обычные полимеры, получаемые в результате реакций конденсации, включают термопластичные полиэфиры, полиацеталь, поликарбонат и полиамиды, как показано на Рисунке 2.

Аддитивные полимеры быстро образуют высокомолекулярные цепи и имеют тенденцию иметь более высокий молекулярный вес, чем конденсационные полимеры.Сравнивая полимеры, полученные с помощью двух различных механизмов, аддитивные полимеры обычно химически инертны из-за относительно прочных углерод-углеродных связей, которые образуются. Конденсационные полимеры склонны к гидролитической молекулярной деградации из-за воздействия воды при повышенных температурах по механизму, который напоминает реверсию начальной реакции либерализации.

Используя различные исходные материалы, а также процессы и технологии полимеризации, можно получить полимеры, имеющие различную молекулярную структуру (см. Рис.3).

Фундаментальные различия между свойствами этих различных типов полимеров объясняются различными функциональными группами в молекулярной структуре. Эти различия включают свойства механической, термической и химической стойкости. Таким образом, важно выбрать правильный тип пластика в зависимости от требований области применения.

Межмолекулярная связь

Как указано, полимеризация приводит к образованию множества отдельных полимерных цепей, состоящих из повторяющихся звеньев.Ключевым аспектом полимерных материалов является то, что цепи переплетены друг с другом. Отдельные цепи не связаны друг с другом ковалентно, но вместо этого полагаются на межмолекулярные силы, такие как силы Ван-дер-Ваальса, водородные связи и дипольные взаимодействия, чтобы цепочки не распутывались. В результате получается структура, похожая на миску со спагетти-лапшой (рис. 4).

Молекулярный вес

В процессе полимеризации получают материалы с относительно высокой молекулярной массой, макромолекулы.Ключевым параметром полимера является его молекулярная масса. Молекулярная масса – это сумма атомных масс атомов, составляющих молекулу. Например, молекулярная масса полиэтилена рассчитывается путем умножения молекулярной массы повторяющейся функциональной группы этилена на количество звеньев, составляющих цепь. Таким образом, для полиэтилена (рис. 5), где повторяющаяся единица содержит два атома углерода и четыре атома водорода, молекулярная масса составляет 28n, где n представляет собой количество повторяющихся сегментов.Большинство коммерческих полимеров имеют среднюю молекулярную массу от 10 000 до 500 000.

Более высокие молекулярные массы связаны с более длинными молекулярными цепями, и это приводит к большему уровню запутанности. Это имеет важные последствия, поскольку сорта пластмасс с более высокой молекулярной массой будут обладать превосходными механическими, термическими и химическими свойствами стойкости по сравнению с сортами того же материала с более низким молекулярным весом.

Важно помнить, что процесс полимеризации – это химическая реакция, и, хотя ее тщательно контролируют, ему присущи некоторые вариации.Это приводит к полидисперсности или полимерным цепям неравной длины. По этой причине коммерческие пластмассы содержат полимеры с молекулярно-массовым распределением. Проще говоря, молекулярно-массовое распределение представляет собой относительные количества полимеров с разной молекулярной массой, которые составляют данный образец этого материала. В отличие от молекулярной массы соотношение между молекулярно-массовым распределением и конечными свойствами неоднородно. Например, при сравнении двух аналогичных материалов с различным молекулярно-массовым распределением, в целом, материал с более широким распределением будет демонстрировать лучшую пластичность и ударопрочность, но будет демонстрировать пониженную прочность и жесткость.

Из-за структуры молекул полимерные материалы имеют другие свойства по сравнению с другими материалами, такими как металлы. В частности, относительно высокая молекулярная масса и большая длина полимерной цепи приводят к запутыванию, а отсутствие ковалентных межмолекулярных связей способствует подвижности полимерной цепи. Эта комбинация запутанных подвижных цепей приводит к вязкоупругости.

Вязкоупругость – это свойство материалов, которые при деформации проявляют как вязкие, так и упругие характеристики.Вязкие материалы, такие как мед, сопротивляются сдвиговому потоку и линейно деформируются со временем при приложении напряжения. Эластичные материалы, такие как стальной стержень, деформируются при напряжении и быстро возвращаются в исходное состояние после снятия напряжения. Вязкоупругие материалы обладают элементами обоих этих свойств и, как таковые, демонстрируют деформацию, зависящую от времени.

Есть три основных фактора, которые влияют на вязкоупругость пластмассовой детали: температура, скорость деформации и время. Из-за этого пластмассы чувствительны к температуре, скорости деформации и времени.Температура – наиболее очевидный из этих факторов. Полимеры демонстрируют сравнительно высокий уровень изменения физических свойств в относительно небольшом диапазоне температур. При повышении температуры полимерные цепи располагаются дальше друг от друга. Это приводит к большему свободному объему и кинетической энергии, и цепи могут легче скользить друг мимо друга и распутываться.

По мере увеличения скорости деформации – скорости приложения нагрузки – полимерные цепи не успевают претерпеть пластическую деформацию, и они будут распутываться благодаря все более хрупкому механизму.Вот почему пластмассы гораздо более восприимчивы к ударам, чем к отказам от перегрузки, которые происходят при более умеренных скоростях деформации.

Вязкоупругая природа полимерных материалов вызывает движение внутри полимерных цепей в условиях приложенного напряжения. Это приводит к временной зависимости полимерных материалов. Из-за этой молекулярной подвижности пластиковые материалы будут демонстрировать различия в своих долгосрочных и краткосрочных свойствах из-за приложения напряжения с течением времени.Это означает, что свойства пластического материала, такие как прочность и пластичность, не статичны, но со временем будут ухудшаться. Это часто приводит к ползучести и релаксации напряжений в пластиковых материалах.

Кристаллическая / аморфная структура

Другой фундаментальной характеристикой полимерных материалов является организация их молекулярной структуры. В широком смысле пластмассы можно разделить на полукристаллические и аморфные. Понимание значения структуры и, в частности, кристалличности, важно, поскольку она влияет на выбор материала, конструкцию детали, обработку и конечные ожидаемые эксплуатационные характеристики.

Большинство неполимерных материалов образуют кристаллы при охлаждении от повышенных температур до точки затвердевания. Это хорошо видно на воде. Когда вода охлаждается, кристаллы начинают формироваться при 0 ° C, когда она переходит из жидкого состояния в твердое. Кристаллы представляют собой регулярное упорядоченное расположение молекул и образуют характерный геометрический узор внутри материала. С небольшими молекулами, такими как вода, этот порядок повторяется и занимает относительно большую площадь по сравнению с размером молекул, а кристаллы организуются в течение относительно короткого периода времени.

Однако из-за довольно большого размера молекул полимера и соответствующей повышенной вязкости кристаллизация по своей природе ограничена, а в некоторых случаях невозможна. Полимеры, в которых происходит кристаллизация, по-прежнему содержат относительно высокую долю некристаллизованной структуры. По этой причине такие полимеры обычно называют полукристаллическими. Полимеры, которые в силу своей структуры не могут существенно кристаллизоваться, называются аморфными (рис. 6).

Аморфные полимеры имеют неорганизованную рыхлую структуру. Полукристаллические полимеры имеют участки регулярной узорчатой ​​структуры, ограниченные неорганизованными аморфными областями. Хотя некоторая модификация может быть произведена за счет использования добавок, степень, в которой полимеры являются полукристаллическими или аморфными, определяется их химической структурой, включая длину полимерной цепи и функциональные группы.

Упорядоченное расположение молекулярной структуры, связанное с кристалличностью, приводит к плавлению при достижении достаточной температуры.Из-за этого полукристаллические полимеры, такие как полиэтилен, полиацеталь и нейлон, будут претерпевать отчетливый переход плавления и иметь точку плавления (T _m ). Аморфные полимеры, включая полистирол, поликарбонат и поли (фенилсульфон), по-настоящему не плавятся, а размягчаются при нагревании выше их температуры стеклования (T _г ). Это представлено термограммами дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) (рис. 7).

Разница между полукристаллическим и аморфным расположением молекул также влияет на механические свойства материала, особенно в том, что касается температурной зависимости.Как правило, аморфные пластмассы демонстрируют относительно постоянный модуль упругости в диапазоне температур. Однако по мере приближения температуры к температуре стеклования материала происходит резкое снижение. Напротив, полукристаллические пластмассы демонстрируют стабильность модуля ниже температуры стеклования, которая часто ниже температуры окружающей среды, но демонстрирует устойчивое снижение между температурой стеклования и точкой плавления (рис. 8).

Из-за своей вязкоупругой природы время и температура одинаково действуют на полимерные материалы.Из-за этого изменения в материале как функция времени можно сделать вывод по стабильности материала в зависимости от температуры.

Помимо зависимости от времени и температуры, другие ключевые свойства полимерных материалов определяются их полукристаллической / аморфной структурой. Некоторые обобщения характеристических свойств приведены в таблице 1.

Пластмассы продолжают использоваться во все более разнообразных и требовательных областях. Учитывая стоимость выхода продукта из строя, очень важно, чтобы правильный материал был выбран специально для каждой ситуации.Поскольку базовый полимер определяет многие критические рабочие характеристики пластмассовой смолы, важно понимать корреляцию между молекулярной структурой и характеристиками. Разница между успехом и неудачей может зависеть от молекулярной массы, молекулярно-массового распределения и кристаллической / аморфной структуры.

ОБ АВТОРЕ

Джеффри А. Янсен – старший управляющий инженер и партнер The Madison Group, Мэдисон, Висконсин.-базовый поставщик консалтинговых услуг для индустрии пластмасс. Он эксперт в анализе отказов; анализ, идентификация и отбор материалов; и исследования старения пластмассовых и резиновых компонентов. Янсен, старший член SPE, также в прошлом возглавлял Группу специальных интересов SPE по анализу и предотвращению отказов.

Сравнение термопластов и термореактивных полимеров – Matmatch

Термопласты и термореактивные полимеры – это типы пластмасс, которые подвергаются различным производственным процессам и обладают различными свойствами в зависимости от составляющих материалов и метода производства.Термины термопласт и термореактивный материал обозначают, как материал обрабатывается или может обрабатываться при измененной температуре [1].

Основное физическое отличие заключается в том, как они реагируют на высокие температуры. При нагревании до температуры плавления термопласты размягчаются и переходят в жидкую форму. Следовательно, процесс отверждения является обратимым, а это означает, что их можно повторно формовать и использовать повторно. С другой стороны, термореактивные полимеры образуют сшитую структуру во время процесса отверждения, предотвращая их плавление и повторное формование.

В качестве аналогии подумайте о термореактивном пластике как о бетоне, после того как он застынет, он никогда не сможет вернуться в жидкую форму (необратимый процесс). Хотя термопласты похожи на воду, они могут переходить между льдом и водой с приложением или отводом тепла (обратимый процесс).

Здесь вы узнаете о:

• Что такое термопласты и реактопласты
• Что такое сшивка и чем она отличает термопласты от реактопластов
• Свойства термопластов и реактопластов
• Обработка термопластов и реактопластов
• Материалы и соответствующие технологические приложения

Что такое термопласты?

Термопласт – это смола, которая тверда при комнатной температуре, но становится пластичной и мягкой при нагревании , текучести из-за плавления кристаллов или в результате пересечения температуры стеклования (T _g ).При обработке, обычно посредством процессов литья под давлением или формования раздувом, термопласты принимают форму формы, в которую их разливают в виде расплава, и охлаждают до затвердевания до желаемой формы. Важным аспектом термопластов является их обратимость , способность подвергаться повторному нагреву, снова плавиться и изменять форму. Это позволяет производить дополнительную обработку того же материала, даже после того, как он был приготовлен в твердом виде. Такие процессы, как экструзия, термоформование и литье под давлением, зависят от такого поведения смолы.Некоторые распространенные термопластические материалы включают полиэтилен (PE), поликарбонат (PC) и поливинилхлорид (PVC).

Однако, как и любой другой материал, термопласты имеют свои ограничения. Под воздействием чрезвычайно высоких температур материал может нежелательно размягчиться, деформироваться и потерять некоторые из своих физических свойств [2].

Что такое реактопласты?

Термореактивная смола или термореактивный полимер обычно представляет собой жидкий материал при комнатной температуре, который необратимо затвердевает при нагревании или химическом добавлении .Когда его помещают в форму и нагревают, термореактивный материал затвердевает и принимает заданную форму, но этот процесс затвердевания включает образование определенных связей, называемых сшивками , , которые удерживают молекулы на месте и изменяют основную природу материала, предотвращая это от таяния. В результате термореактивный пластик, в отличие от термопласта, не может вернуться в свою первоначальную фазу, что делает процесс необратимым. Термореактивные материалы при нагревании становятся набором , закрепленным в определенной форме.Во время перегрева термореактивные пластмассы имеют тенденцию разрушаться, не переходя в жидкую фазу. Такие процессы, как компрессионное формование, литье с переносом смолы, пултрузия, ручная укладка и намотка нитей, зависят от поведения термореактивного полимера. Некоторые распространенные реактопласты включают эпоксидную смолу, полиимид и фенол, многие из которых используются в композитах [2].

Что такое сшивание (отверждение)?

Термореактивные материалы и термопласты различаются по своему поведению, но все эти различия в свойствах проистекают из лежащей в основе фундаментальной разницы в их химической структуре.Это основное различие можно заметить в том, как термореактивные смолы по всей длине их полимерной цепи имеют определенные пятна, которые могут быть химически активированы для участия в реакциях химического связывания с соседними молекулами полимера. Поскольку все термореактивные материалы содержат такие химически реактивные пятна, часто бывает так, что все виды термореактивных материалов имеют тенденцию соединяться друг с другом. Такой процесс образования химических связей между различными термореактивными молекулами называется сшивкой (или отверждением) .После отверждения образующиеся поперечные связи не только удерживают молекулы полимера от движения, но также препятствуют атомам внутри этих молекул в большей степени, чем межмолекулярное притяжение.

Другой способ наблюдать разницу в поведении термореактивных пластиков и термопластов – через их молекулярную массу . При сравнении обоих типов полимеров, термореактивные полимеры выделяются тем, насколько резко увеличивается их молекулярная масса при отверждении. Известно, что термопласты имеют более высокие значения молекулярной массы, чем неотвержденных термореактивных материалов.Однако, когда происходит сшивание между двумя термореактивными полимерами, образуется полимерная сетка с молекулярной массой почти , что вдвое больше, чем , когда они были разделены. По мере увеличения количества связанных молекул молекулярная масса продолжает расти, превышая молекулярную массу термопластов. Это резкое увеличение молекулярной массы вызывает серьезные изменения свойств материала, например повышение температуры плавления. При непрерывном увеличении молекулярной массы из-за сшивания точка плавления может повышаться и достигать точки, превышающей точку разложения.В этом случае термореактивный полимер будет иметь очень высокую молекулярную массу, поэтому он разложится до того, как сможет расплавиться, что определяет необратимость термореактивной обработки [2].

Свойства термопластов и реактопластов

Термопласты обычно обладают высокой прочностью, гибкостью и устойчивы к усадке в зависимости от типа смолы (полимер в расплавленной жидкой форме). Это универсальные материалы, которые можно использовать для чего угодно, от пластиковых пакетов до высоконагруженных подшипников и прецизионных механических деталей.

Термореактивные материалы обычно обладают более высокой химической и термостойкостью, а также более прочной структурой, которая не деформируется легко.

Вот список, показывающий разницу между термопластами и термореактивными пластиками с точки зрения характеристик и свойств. Обратите внимание на эффект сшивки как на основной фактор в расхождении этих материалов друг от друга.

Таблица 1: Термопласты и термореактивные материалы [3]

Обработка термопластов и реактопластов

Обработка термопластов

Термопласты можно перерабатывать различными способами, включая экструзионное формование, литье под давлением, термоформование и вакуумное формование.

Гранулированный материал загружается в форму, обычно в виде сферических гранул диаметром примерно 3 мм. Затем эти гранулы нагревают до температуры плавления, что требует очень высоких температур.

Поскольку термопласты являются высокоэффективными теплоизоляционными материалами, охлаждение в процессе отверждения занимает больше времени, чем у других пластмасс. Поэтому для достижения высокой производительности используется быстрое охлаждение, обычно путем опрыскивания холодной водой или погружения в водяную баню. Для охлаждения термопластичных пластиковых пленок на поверхность подается холодный воздух.Пластик дает усадку при охлаждении, степень усадки варьируется от 0,6% до 4% в зависимости от материала. Скорость охлаждения и усадки явно влияет на кристаллизацию материала и внутреннюю структуру, поэтому для термопластов всегда указывается скорость усадки.

Переработка термореактивных полимеров

Термореактивные смолы перерабатываются в жидкой форме при нагревании. Процесс отверждения включает добавление к смоле отвердителей, ингибиторов, отвердителей или пластификаторов, а также арматуры или наполнителей, в зависимости от требуемого результата.

Наиболее часто используемые термореактивные смолы включают:

• Эпоксидная
• Полиэстер
• Фенольный
• Силикон
• Полиуретан
• Полиамид

Обработка термореактивных полимерных композитов

Термореактивные полимерные композиты изготавливаются с использованием процесса ламинирования, который связывает смолы, такие как эпоксидная смола, силикон, меламин и т. Д., С армирующими материалами основы, такими как стекло, лен и графит.

Перед отверждением армирующую основу погружают в связующее на основе смолы в жидкой форме. После скрепления листы материала пропускаются через печь для частичного отверждения. Затем несколько листов складываются в стопку до необходимой толщины, нагреваются и спрессовываются, образуя ламинат. В качестве альтернативы, листы можно свернуть вместе и нагреть для создания стержней.

Термопласты и термореактивные материалы и их применение

Виды термопластов и их применение

Виды термореактивных полимеров и их применение

Термопластические материалы | Литье под давлением термопластов

Термопласты – это пластичные полимеры, которые размягчаются при нагревании, что позволяет формовать их, и снова затвердевают при охлаждении.Благодаря своим уникальным химическим свойствам термопластические материалы можно повторно формовать и перерабатывать без отрицательного воздействия на физические свойства материала. Это делает термопласты идеальным материалом для литья под давлением.

Термопластические материалы используются для широкого спектра применений, от товаров народного потребления до медицинского оборудования, в зависимости от типа материала. Товарные термопласты наиболее просты в переработке и используются для производства продукции в больших объемах. Эти материалы лучше всего подходят для таких применений, как упаковка, одежда, продукты питания и напитки.Напротив, инженерные и специализированные термопласты были смешаны для улучшения их характеристик. Они используются для тяжелых условий эксплуатации, таких как военная, аэрокосмическая и медицинская промышленность.