Термореактивные полимеры это полимеры: Термореактивные полимеры — виды и назначение
alexxlab | 19.02.2023 | 0 | Разное
Термореактивные полимеры — виды и назначение
Термореактивные полимеры, также известные как реактопласты, – это в большинстве случаев жидкие вещества, которые могут переходить в твердое состояние и принимать заданную форму в ходе определенной химической реакции. В большинстве случаев материалы являются двухкомпонентными: требуется определенный активатор или отвердитель, который запускает реакцию и обеспечивает переход вещества в твердое или упругое состояние.
Какие полимеры относятся к термореактивным?
Термореактивными вещества называются из-за необратимости процесса полимеризации. В отличии от термопластов, которые под воздействием температуры размягчаются, а при охлаждении восстанавливают исходные свойства, термореактивные соединения под воздействием высоких температур разрушаются. Поэтому термореактивным полимером является любой полимер, который не может циклически переходить из твердого состояния в расплав и обратно.
С химической же точки зрения, отличием реактопластов является образование химических связей между макромолекулами в структуре вещества.
Эти связи намного сильнее, чем силы Ван-Дер-Ваальса, связывающие макромолекулы в термопластах, а потому материалы получаются более твердыми и прочными.
Рассмотрим наиболее популярные разновидности данных веществ:
- Полимеры на базе смол и эфиров. Широко распространены полиэфирные, эпоксидные и карбамидные смолы. Также до сих пор применяются фенолформальдегидные смолы. За счет воздействия отвердителя, вязкая и густая смола приобретает твердость и высокую прочность. Процесс отверждения может сопровождаться выделением тепловой энергии, так как реакция полимеризации идет с позитивным энергетическим балансом.
- Полиуретаны. Это группа полимеров, на базе которых создаются двухкомпонентные и многокомпонентные смеси, формирующие твердое вещество во время контакта компонентов.
- Синтетические каучуки. Широко распространенная группа веществ, которая стремительно вытесняет натуральные каучуки из всех сфер, где применяются резинотехнические изделия.
Важная особенность реактопластов – их синтетическая природа.
В естественных условиях не возникает ситуаций, когда могли бы сформироваться реактопласты, что связано с необходимостью применения двухкомпонентных и многокомпонентных составов.
Области применения термореактивных полимеров
Данная категория материалов находит широкое применение в различных сферах деятельности человека:
- В строительстве реактопласты широко применяются в качестве утеплительных материалов. В частности, из полиуретана изготавливаются термоизоляционные покрытия для инженерных сетей. Кроме того, реактопласты могут использоваться для отделки некоторых поверхностей.
- В машиностроении (включая автомобилестроение) широко применяются синтетические каучуки. Натуральные резиновые изделия замещены практически на 90%. Речь идет как об автомобильных покрышках, так и о резинотехнических изделиях, применяемых в конструкции автомобиля.
- При производстве различных товаров народного потребления. Полимерные накладки находят применение в качестве устойчивых к износу набоек на обуви, колес для роликовых коньков и многих других видов изделий.
- В многих других отраслях экономики, где материалы подбираются исходя из их специфических свойств, а также особенностей процесса отверждения.
Со временем реактопласты эволюционируют: некоторые материалы (вроде фенолформальдегидных смол) применяются меньше, а некоторые (вроде каучуков и полиуретана) наоборот расширяют сферу применения.
8. Термореактивные полимеры. Примеры.
Термореактивные
полимеры состоят из макромолекул,
соединенных поперечными ковалентными,
то есть химическими связями. Такая
сетчатая химическая структура необратима.
Нагревание сетчатых полимеров приводит
не к расплавлению, а к разрушению
пространственной сетки, сопровождающемуся
деструкцией. С точки зрения практической
физики, это означает, что реактопласты
допускают лишь однократную переработку
в изделия, которые формируются в
результате химической реакции отверждения.
Технологические и иные отходы производства
не рециклируются. Вместе с тем сетчатая
молекулярная структура придает полимерам
ряд особых свойств, не наблюдаемых у
термопластов.
Полиэтилен (ПЭ) получают полимеризацией мономера этилена. Общая структурная формула полиэтилена (–СН2 – СН2–)n.
Полиэтилен низкой плотности (ПЭНП) получают при высоком (до 350 МПа) давлении, поэтому по устаревшей отечественной номенклатуре он называется полиэтиленом высокого давления (ПЭВД). Плотность 910-935 кг/м3; ММ=30-500 тыс. Выпускается, как правило, стабилизированным в виде гранул. Главная особенность молекулярной структуры – разветвленность строения. Поэтому имеет рыхлую аморфно-кристаллическую структуру.
Полиэтилен
высокой плотности (ПЭВП)
получают с использованием катализаторов
Циглера-Натта при сравнительно низком
давлении (0,3-4,0 МПа), а также газофазным
методом при среднем давлении, что
является основанием для обозначения
этого продукта также вносящими путаницу
отечественными аббревиатурами ПЭНД и
ПЭСД.
Температура плавления 125-132°С;
ММ=(70-350) тыс.; плотность 945-975 кг/м3.
Выпускается стабилизированным в виде
гранул или зернистого порошка.
Структурная особенность ПЭВП состоит в линейности его молекулярной организации. Поэтому содержание кристаллической фазы в ПЭВП достигает 80%.
10. Поливинилхлорид (ПВХ) получают полимеризацией газообразного хлорсодержащего этилена. Общая структурная формула полиэтилена (–СНCl – СН2–)n.
Поливинилхлорид содержит до 60% атомов хлора, что придает ему негорючесть. Плотность ПВХ превышает в 1,5 раза плотность полиэтилена. Для облегчения переработки полимера в изделия в него вводят пластификаторы. Поливинилхлорид, смешанный с пластификатором, называют пластикат ПВХ. Высокая пластичность пластиката ПВХ позволяет формовать из него детали интерьера автомобиля, получать искусственную кожу, использовать в производстве линолеума.
Пластикат
ПВХ имеет хорошую морозостойкость и
обладает высокой стойкостью к воздействию
кислот, щелочей, спирта, бензина, смазочных
масел и воды.
Поэтому его широко применяют
для изготовления труб, используемых в
водоснабжении и канализации, а также
технологических трубопроводов. Основным
недостатком пластиката ПВХ является
резкое снижение его прочности при
температуре свыше 60 °С и необратимая
деформация при длительном воздействии
нагрузки.
11. Полистирол (ПС) получают путем полимеризации стирола.
Полистирол – твердое прозрачное вещество с
плотностью, близкой к плотности воды.
Хорошо растворяется во многих органических
растворителях, но химически стоек в
среде большинства кислот и щелочей.
Безвреден, поэтому он широко применяется
в строительстве в качестве внутренней
облицовки жилых помещений. Массовое
применение получил пенополистирол для
теплоизоляции зданий и сооружений.
Однако изделия из него работоспособны
при нагреве только до 60 °С. При нагреве
до более высоких температур, например
при пожаре, происходит выделение ядовитых
продуктов его термического разложения.
12. Полиметилметакрилат ПММА (органическое стекло) – продукт полимеризации эфиров метакриловой кислоты. Наибольшее применение получило органическое стекло на основе полиметилметакрилата.
Это
прозрачный бесцветный полимер, устойчивый
к воздействию света и атмосферной
среды.
При температуре свыше 90 °С органическое стекло становится пластичным и легко поддается обработке методами обработки давлением, что позволяет использовать его для изготовления крупногабаритных прозрачных деталей, например, в авиационной промышленности.
Детали из органического стекла легко склеиваются клеем, состоящим из его раствора в органическом растворителе, например, в дихлорэтане. Детали из органического стекла могут быть сварены одна с другой путем приложения давления на соединяемые поверхности, предварительно нагретые до 150 °С. Эти свойства органического стекла открывают дополнительные возможности для изготовления из него крупногабаритных изделий и конструкций любой сложной формы.
13. Фенолформальдегидные полимеры (ФФП)
получают поликонденсацией фенола и формальдегида. В зависимости от технологических параметров процесса поликонденсации могут быть получены как термопластичные (новолачные), так и термореактивные (резольные) разновидности фенолформальдегидных полимеров.
В зависимости от вида наполнителей, ассортимент которых чрезвычайно разнообразен, фенопласты могут быть порошкообразными (пресс-порошки), волокнистыми (волокнит, асбоволокно, фаолит) или слоистыми (гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, асботекстолит, органотекстолит и др.).
Композиционные материалы на фенолформальдегидном связующем называют фенопластами. К недостаткам фенолформальдегидных полимеров следует отнести их хрупкость и недостаточную химическую стойкость в окислительных и щелочных средах.
14. Эпоксидные полимеры (ЭП)
В зависимости от ММ эпоксидные смолы при Т=20°С могут быть жидкими, вязкими или твердыми. ЭП могут модифицироваться другими олигомерами, а также эластомерами и полимерами, отверждаться как при нагревании, так и на холоду.
В неотвержденном состоянии самостоятельных потребительских свойств ЭП не имеют. Без наполнителей используются главным образом в качестве клеев. В отвержденном состоянии сочетают высокие прочностные характеристики с высокой химической стойкостью при высокой теплостойкости: в зависимости от вида отвердителя они работоспособны до 150 °С.
К конструкционному недостатку эпоксидных смол следует отнести их хрупкость, что успешно преодолевается путем модифицирования эпоксидных смол другими полимерами.
15.
Полиэфиры (ПЭ) (в основной цепи их макромолекул
содержатся регулярно повторяющиеся
сложноэфирные группы – СО – О –) получают
путем поликонденсации спиртов и кислот.
В зависимости от исходного сырья и
технологических параметров процесса
могут быть получены как термопластичные,
так и термореактивные разновидности
полиэфирных смол.
Наиболее широко
используемый вид полимеров на основе
полиэфирных смол – лавсан
(полиэтилентерефталат). Его применяют
для производства синтетических волокон,
гибких пленок, высокопрочной электроизоляции
проводов и др. В отвержденном состоянии
полиэфиры обладают высокой водостойкостью,
хорошо противостоят воздействию масел,
кислот и многих органических растворителей.
Полиэфиры являются хорошими диэлектриками.
Рабочая температура эксплуатации полиэфиров не превышает 100 °С. Поэтому стеклопластики на полиэфирном связующем используются преимущественно в строительстве в качестве несиловых конструкций и для изготовления деталей электротехнического назначения. Технология отверждения полиэфирных смол достаточно сложна. Для их отверждения необходим ускоритель процесса и другие добавки.
16. Полиуретаны (ПУ) получают путем поликонденсации изоцианатов с многоатомными спиртами и с простыми или сложными полиэфирами.
ПУ
отличаются большим разнообразием
свойств.
В зависимости от вида исходного
сырья и технологических параметров
процесса поликонденсации могут быть
получены термопластичные и термореактивные
разновидности полиуретанов. Свойства
полиуретанов могут быть изменены от
эластичных до жестких, они могут быть
изготовлены мягкими и твердыми.
Общими свойствами для всех разновидностей полиуретанов являются стойкость к вибрации, хорошая демпфирующая способность, бензо- и маслостойкость, низкое водопоглощение. Полиуретаны могут эксплуатироваться в широком диапазоне температур –60…+150 °С.
Широкое
применение получили пенополиуретаны.
Жидкий пенополиуретануретан может быть
закачан в любые полости, где после
затвердевания он обеспечивает хороший
уровень тепло- и шумоизоляции. Его можно
напылить на поверхности любой формы
слоем практически любой толщины. Другим
крупным потребителем пенополиуретанов
является строительная индустрия, где
их используют для герметизации и
теплоизоляции стыков строительных
конструкций.
17. Полиамиды (ПА) получают в процессе поликонденсации капролактама, который, в свою очередь, получают из фенола.
Наибольшую известность и широкое применение получили полиамиды под названием капрон и нейлон. Из них производят высокопрочные синтетические волокна, которые широко применяются для изготовления тканых изделий промышленного и бытового назначения. Полиамидные волокна используют в производстве шинного корда, буксирных канатов, рыболовецкой снасти и изделий широкого потребления.
Полиамиды
имеют высокую прочность, хорошо
противостоят ударным и вибрационным
нагрузкам, имеют хорошие антифрикционные
и диэлектрические свойства, химически
стойки в щелочной среде, стойки к
воздействию масел, бензина, спиртов,
могут работать в тропических условиях.
Отмеченные свойства полиамидов
используются в изделиях из них, таких
как шестерни, приводные ремни, детали
ткацких станков, масло- и бензопроводы,
роторы насосов и турбобуров, детали
узлов трения, детали электротехнического
и медицинского назначения и др.
Эксплуатационные свойства полиамидов резко улучшаются при их использовании в составе композиционных материалов в качестве матрицы. К недостаткам полиамидов следует отнести их подверженность старению.
18.
Полифторэтилен является продуктом полимеризации
фторсодержащего полиэтилена. Иногда
его называют фторопласт или тефлон.
Фторопласт представляет собой мягкий,
скользкий на ощупь полупрозрачный
полимер сероватого цвета, обладающий
необычно высокой для органического
полимера теплостойкостью. Изделия из
него выдерживают нагрев до 250 °С.
Фторопласт обладает исключительно
высокой химической стойкостью, на него
не действуют любые кислоты и щелочи, он
абсолютно негорюч, не смачивается и не
поглощает воду и другие жидкости,
является одним из лучших диэлектриков,
что используется в электротехнической
и электронной промышленности. Фторопласт
имеет низкий коэффициент трения, что
служит основанием для машиностроительного
применения фторопласта в конструкции
узлов трения скольжения.
Наибольшее применение получил фторопласт-4 на основе политет-рафторэтилена (ПТФЭ), в макромолекуле которого атомы фтора замещают ненасыщенные связи углеродной цепочки:
Термопласты и термореактивные полимеры | MATSE 81: Материалы в современном мире
Версия для печати
На прошлом уроке по керамике мы видели, что один из способов классификации керамики — это ее использование (огнеупоры, стекло, изделия из глины, абразивы и т. д.). Другие возможные категории классификации могут включать кристаллическую структуру и то, являются ли они кристаллическими или некристаллическими. Для полимеров полезная классификация состоит в том, являются ли они термопластами или термореактивными 9полимеры 0006. Как вы прочитали в последнем задании по чтению, термопласты размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении. Это полностью обратимо и повторяемо. Большинство линейных полимеров и полимеров с разветвленной структурой с гибкими цепями являются термопластами.
Это отличается от термореактивных полимеров, которые не размягчаются при нагревании из-за сильных ковалентных поперечных связей. Термореактивные полимеры обычно тверже и прочнее, чем термопласты, и имеют лучшую размерную стабильность.
Смотреть
Для получения дополнительной информации о термопластичных (здесь называемых термопластичными) и термореактивных полимерах посмотрите это видео (4:40):
Что такое термореактивные и термопластичные полимеры?
Нажмите, чтобы просмотреть расшифровку статьи Что такое термореактивные и термопластичные полимеры?
Термин «полимер» используется для описания макромолекулы, состоящей из многих мономеров или повторяющихся звеньев. Все свойства этих полимеров зависят от множества факторов.
Мономерное звено, связи между каждым мономером и межмолекулярные и внутримолекулярные силы, существующие между полимерами. В этом уроке мы узнаем о двух классах полимеров: термопластичных полимерах и термореактивных полимерах. Мы также узнаем об их свойствах и о том, как эти свойства возникают. Термин пластмассы используется для описания широкого спектра полимеров, состоящих из мономеров, полученных из продуктов, полученных в результате фракционной перегонки сырой нефти. Возможно, вы знакомы с полиэтиленом, полипропиленом и даже поливинилхлоридом. Вы можете узнать о структуре этих полимеров, о том, как они производятся, и об их практическом применении из других видео на нашем канале. Здесь мы сосредоточимся на том, как эти полимеры реагируют на тепло и почему они реагируют именно так.
Полиэтилен, полипропилен и поливинилхлорид наши термопластичные полимеры. Это означает, что они размягчаются при нагревании. Когда они мягкие и в жидкой форме, им можно придавать самые разные формы.
Эти пластмассы используются для изготовления многих предметов повседневного обихода, таких как оконные и дверные рамы, трубы, изоляция проводки и водонепроницаемая одежда, и это лишь некоторые из них. Это стало возможным, потому что полимеры не связаны друг с другом. Мы можем думать об этом как о тарелке лапши. Хотя лапша скручивается и спутывается друг с другом, они не связаны. Как и макароны, эти полимеры могут скользить друг по другу, делая изделия из них мягкими и гибкими. Фактически эти полимеры могут взаимодействовать только за счет слабых межмолекулярных сил и, следовательно, могут довольно легко разделяться при нагревании, что дает им относительно низкие температуры плавления. Некоторые другие термопластичные полимеры включают полистирол и политетрафторэтилен. С другой стороны, термореактивные полимеры не размягчаются при нагревании. В отличие от термопластичных полимеров эти термореактивные полимеры сшиты друг с другом. Как вы думаете, как это может повлиять на свойства этих полимеров? Сделайте паузу, подумайте и продолжите, когда будете готовы.
Наличие поперечных связей упрочняет общую структуру. Хорошим примером термореактивного полимера является вулканизированная резина. Каучук, полученный из паракаучуковых деревьев, представляет собой полимер изопреновых мономеров. Это жидкая жидкость, из которой можно делать латексные перчатки, ластики и воздушные шары для вечеринок. Его также можно использовать для изготовления автомобильных и велосипедных шин, хотя сначала его необходимо вулканизировать. В процессе вулканизации добавляется сера, чтобы дисульфидные мостики связывали полимеры вместе. Наличие этих поперечных связей значительно увеличивает его прочность и, следовательно, не размягчается легко при нагревании. Давайте подумаем об этом. Независимо от того, насколько быстро вы едете на велосипеде, шины не меняют форму. Некоторые другие примеры термореактивных полимеров включают вещество, используемое для изготовления старых телевизоров, и некоторые виды прочного клея.
Таким образом, термореактивные пластмассы мягкие и плавятся при нагревании, тогда как термореактивные пластмассы твердые и не размягчаются и не меняют свою форму при нагревании.
Авторы и права: FuseSchool
Теперь, когда мы обсудили термопластичные и термореактивные полимеры, давайте рассмотрим различные основные структуры, которые образуют полимеры, и то, как эта структура может определять, являются ли полимеры термопластичными или термореактивными.
‹ Полимерная формация вверх Базовая полимерная структура ›
Термореактивные полимеры – получение, свойства, применение и примеры
Термореактивные полимеры представляют собой тип полимеров, в которых макромолекулярные цепи имеют тенденцию связываться друг с другом, образуя сшитую трехмерную сеть. Эти полимеры также известны как термореактивные пластмассы или реактопласты. Определение слова термореактивное переводится как термин, означающий постоянное затвердевание при нагревании. Таким образом, термореактивные полимеры приобретают твердую текстуру после того, как подвергаются нагреванию до их претермоотверждаемой формы.
Получение термореактивных полимеров
Термореактивные полимеры или термореактивные полимеры получают с использованием химических реакций минимум двух материалов. Одним из таких реагентов является мономер, ответственный за формирование конечной цепи полимера. 2-й компонент – сшивающий агент, также называемый сомономером, который действует как вещество сшивки. Сшивающий агент помогает объединять вместе две или более нитей, связанных с мономерами.
Реактопласты обычно формуют, чтобы придать им полезную форму, прежде чем они примут твердую форму. Различные способы литья под давлением включают реакционное литье под давлением (RIM), литье с переносом смолы (RTM), экструзионное литье, прессование и центрифугирование.
Свойства, связанные с термореактивными полимерами
Термореактивные полимеры, как правило, имеют сшитую трехмерную структуру. Химические и физические свойства полимеров зависят от компонентов, лежащих в основе создания полимеров.
Некоторые из основных свойств термореактивных полимеров заключаются в следующем.
Термореактивные пластмассы имеют тенденцию быть термостойкими. Однако при воздействии высокой интенсивности тепла они имеют тенденцию разлагаться до того, как достигнут точки плавления.
Термореактивные полимеры являются хрупкими по своей природе из-за потери эластичности при нагревании.
После отверждения или формования эти полимеры не могут быть изменены под воздействием тепла.
Плотность термореактивного материала зависит от составляющих компонентов, которые используются для создания полимера.
Термореактивные материалы обычно устойчивы к химическим воздействиям.
Использование термореактивных полимеров
Благодаря уникальным свойствам реактопластов они очень полезны для некоторых повседневных нужд. Использование термореактивных полимеров заключается в следующем.
Они используются для изготовления постоянных деталей в самых разных отраслях промышленности.
Реактопласты используются для производства электротоваров, а также таких компонентов, как панели и изоляторы.
Термореактивные материалы используются для изготовления панелей строительной техники.
Поскольку реактопласты имеют тенденцию быть жаростойкими, они используются для изготовления теплозащитных экранов.
В автомобилях реактопласты используются для производства тормозных поршней.
