Материал который относится к термопластичным полимерам это?

Подробно об самых распространенных термопластичных полимерах

Термопластичный полимер представляет собой материал, способный неоднократно при нагревании становиться более мягким, а при охлаждении возвращать свою твердость. Свойства этих веществ можно объяснить за счёт линейной структуры их макромолекул. Когда во время нагрева им передаётся энергия, связи между молекулами ослабляются, что обеспечивает более свободное движение относительно друг друга, сам же полимер становится аморфным или при повышении температуры переходит в жидкое агрегатное состояние. Именно это свойство используют при создании различного рода изделий из термопластичных полимеров, или при сращивании двух деталей при помощи сварки.

Особенности перевода полимеров в вязкое состояние

Необходимо отметить, что при практическом применении далеко не все термопластичные полимеры переводятся жидкое агрегатное состояние так легко. Это связано с тем, что у некоторых веществ температура термического разложения меньше, чем температура, при которой они приобретают жидкое агрегатное состояние. Решают такую проблему путем использования разного рода технологических приемов, которые позволяют снизить порог температуры вязкости (с помощью добавления пластификаторов), или наоборот, повышая температуру термодеструкции (с помощью добавления специальных стабилизаторов или обрабатывая сырье в среде инертных газов).

За счёт линейного типа строения молекулы термопласт отличается свойством раздуваться, также это позволяет им легко растворяться в подходящем ему растворителе (который необходимо подбирать в зависимости от химсостава полимера). При этом любой раствор с содержанием уже 2 процентов таких веществ характеризуется повышенной вязкостью. Причиной такого свойства становятся крупные молекулы полимеров, если сравнивать с обычными веществами.

Если растворитель испаряется, полимер возвращается в своё изначальное состояние и становится твёрдым. Именно таким образом и используются различные клеи, вяжущие компоненты мастик, многие виды красок, созданных с использованием термопластичных полимеров.

Основными минусами этой группы полимеров можно назвать:

• низкую теплостойкость (в пределах 85-125 градусов Цельсия);
• повышенную хрупкость при понижении температуры;
• повышенную текучесть при высокой температуре;
• стареет при попадании ультрафиолета;
• окисляется под воздействием атмосферного кислорода;
• имеет пониженную поверхностную твердость.

Самой большой популярностью при строительных производствах и в быту пользуются такие термопласты:

• полиэтилен;
• полипропилен;
• полистирол.

Существует и множество других термопластичных полимеров, но в большинстве своем они являются производными от этих трех, и используются гораздо реже.

Полиэтилен

Полиэтилен – это вещество, которое создают за счёт химической реакции полимеризации этилена, большей частью обрабатывая при высоких температурах нефтяные газы или путем гидролиза нефтепродуктов. Одним из обязательных условий таких реакций является высокое давление, определенная температура, присутствие катализаторов и наличие кислорода. В промышленных масштабах процесс происходит в трубчатых реакторах, которые являются сложнейшим оборудованием.

Полиэтилен, производимый при высоком давлении – стойкий к химическим реакциям продукт, обладающий плотностью в районе 0,950г на см3. От других полимерных соединений он отличается высокой эластичностью (это свойство обеспечивают 45 процентов аморфной фазы). Выпускают полиэтилен в виде гранул, которые на специализированных предприятиях по производству продуктов из полимеров разогревают и деформируют таким образом, чтобы они приобрели необходимые формы.

Полиэтилен, создаваемый при низком давлении и температурах, не превышающих 80 градусов по Цельсию, называют полиэтиленом низкого давления. Его получают с использованием растворителя (чаще всего бензин) и определенных катализаторов. Свойства этого полимера отличаются от полиэтилена высокого давления, он является более хрупким и более подверженным старению.

В большей степени физико-механические свойства полиэтилена зависят от степени его полимеризации, иными словами, от веса одной молекулы, поэтому характеристики могут различаться. Так, прочность материала при растяжении в зависимости от степени полимеризации может варьироваться в пределах 18-46 МПа, его плотность в пределах 920-960 кг/м3, а разброс температуры плавления находится в пределах 110-125 градусов Цельсия.

Если долгое время на полиэтилен будет воздействовать половина от максимальной нагрузки, которую он способен выдерживать, полимер постепенно становиться более текучим. Нижний порог сохранения эластичности – 70 градусов Цельсия ниже нуля. Сам материал не только достаточно легко сваривать за счёт низких температур плавления, но и просто перерабатывать в другие изделия. Одними из основных недостатков можно назвать низкую теплостойкость и твёрдость полиэтилена, а также повышенную горючесть и высокую скорость старения под ультрафиолетом.

С частью отрицательных характеристик полиэтилена научились бороться. Для повышения стойкости полимера к окислительному процессу и последующему воздействию атмосферы используются разнообразные стабилизаторы. К примеру, если ввести в полиэтилен 2 процента сажи, общий срок его службы на открытом воздухе возрастёт в 30 раз.

Из полиэтилена производится множество различных изделий, начиная от пленок и труб, заканчивая электроизоляцией. Вспененный полиэтилен, выпускаемый в листовой форме, хорошо проявил себя в качестве звукоизоляционного и теплоизоляционного материала.

Полипропилен

Другим известным термопластом является полипропилен, который создаётся путём полимеризации соответствующего газа при помощи растворителей. Во время синтеза полипропилен способен образовывать сразу несколько отличающихся по структурным формулам полимеров: изотактические, атактические, а также синдиотактические. Тактичностью называют способ установки боковых групп относительно основных в молекулярных цепях полимерного материала. Чаще всего можно встретить именно изотактические полипропиленовые соединения, в которых каждая метальная группа располагается с одной стороны в макромолекуле.

Одним из главных отличий от полиэтилена является повышенная твёрдость и прочность, а также более высокая температура размягчения, достигающая 170 градусов Цельсия. Однако этот материал менее стоек к отрицательным температурам, и становится хрупким уже при 20 градусах по Цельсию ниже нуля. Плотность его практически одинакова с полиэтиленом – 930 кг/м3, а прочность при растяжении доходит до 30 МПа. Полипропилен применяется там же, где полиэтилен, но изделия из этого полимера отличаются устойчивой формой и высокой жесткостью.

Атактическим полипропиленом называют подвид этого материала, в котором каждая метальная группа расположена случайным образом с двух сторон цепи общей молекулы. Во время синтеза пропилена является неизбежной примесью, однако его легко отделить при помощи экстракции. АПП представляет собой более мягкий и менее плотный продукт, температура плавления которого находится в пределах 30-80 градусов, что позволяет расплавить его буквально в человеческой руке. Применение ему нашли в качестве модификатора битумной композиции при создании кровельного материала.

Синдиотактический полипропилен получают с использование специальных металлоценовых катализаторов. Он представляет собой полимер, в котором метальные группы, так же как и в АПП, располагаются по обеим сторонам основной цепи, однако делают это более упорядоченно. Большинство физических свойств данного полимера схожи с резиной, потому его часто применяют в качестве эластомера.

Полистирол

Полистирол представляет собой термопластичный полимер с прозрачной поверхностью и достаточно большой жёсткостью, его плотность достигает 1080 кг/м3. При нормальных температурах этот материал достаточно твердый и одновременно хрупкий, размягчаться начинает при температуре выше 80 градусов по Цельсию. Растворим полистирол при помощи ароматических углеводородов или с использование сложных эфиров. Также этот материал помимо повышенной хрупкости обладает и повышенной горючестью. Защищён от агрессивного воздействия щелочей и серных кислот, что позволяет использовать его во многих промышленных отраслях, является светостойким и светопроницаемым.

Получают полистирол из стирола (прозрачная легко воспламеняемая жидковатая смесь, что вырабатывается в процессе гидролиза нефтепродуктов, которая довольно просто полимеризируется при помощи действия солнечного света и нагревания). Выпускаются он подобно другим полимерам в форме гранул или белого порошка, которые на производстве перерабатывают в необходимые изделия.

Полистирол активно применяется в строительстве, его вспененную форму используют в качестве теплоизоляционного материала – пенополистирола, плотность которого варьируется в пределах 10-50 кг/м3, что позволяет осуществлять транспортировку и установку панелей без особых физических усилий. Также из этого полистирола делают облицовочную плитку и различную мелкую фурнитуру. Используя его вместе с органическими растворителями можно получить качественный клей.

Термопластичные полимеры

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:

низкий уровень плотности

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

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:

Выше температура плавления

Становится хрупким при отрицательных температурах

Классификация полимеров

Огромное число полимеров можно подразделить на три основных класса, лежащих в основе принятой сейчас классификации.

К первому классу относится обширная группа карбоцепных полимеров, макромолекулы которых имеют скелет, построенный из атомов углерода. Типичными представителями полимеров этого класса можно назвать полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, полиметилметакрилат, поливиниловый спирт и множество других. Фрагмент макромолекулы первого из них имеет следующее строение:
[-СН2-СН2-]n.

Ко второму классу относится не менее обширная группа гетероцепных полимеров, макромолекулы которых в основной цепи помимо атомов углерода содержат гетероатомы (например, кислород, азот, серу и др.). К полимерам этого класса относятся многочисленные простые и сложные полиэфиры, полиамиды, полиуретаны, природные белки и т.д., а также большая группа элементоорганических полимеров: полиэтиленоксид (простой полиэфир); полиэтилентерефталат (сложный полиэфир) полиамид; полидиметилсилоксан.

Третий класс полимеров — высокомолекулярные соединения с сопряженной системой связей. К ним относятся различные полиацетилены, полифенилены, полиоксадиазолы и многие другие соединения. Примерами таких полимеров могут служить: полиацетилен; полифенилен; полиоксадиазол.

К этому же классу относится интересная группа хелатных полимеров, в состав которых входят различные элементы, способные к образованию координационных связей (они обычно обозначаются стрелками). Элементарное звено таких полимеров часто имеет сложное строение.

Среди многочисленных полимерных материалов наибольшее практическое применение пока находят материалы на основе представителей первого класса полимеров — карбоцепных высокомолекулярных соединений. Из карбоцепных полимеров можно получить ценнейшие материалы — синтетические каучуки, пластмассы, волокна, пленки и т.д., и исторически именно эти полимеры нашли первое практическое применение (получение фенолоформальдегидных смол, синтетического каучука, органического стекла и др.). Многие из карбоцепных полимеров стали впоследствии классическими объектами для исследования и создания теории механического поведения полимерных тел (например, полиизобутилен, полиметилметакрилат, полипропилен, фенолоформальдегидная смола и т.д.).

По способности к вторичной переработке полимеры подразделяются на термопласты и реактопласты. Рассмотрим первые подробнее. К термопластичным материалам или термопластам (thermoplast, thermoplastic) относятся полимеры, которые при нагревании в процессе переработки переходят из твердого агрегатного состояния в жидкое: высокоэластическое или вязкотекучее (литьевые термопласты переходят в вязкотекучее состояние). При охлаждении материала происходит обратный переход в твердое состояние. Поведение при нагревании отличает термопласты от термореактивных материалов или реактопластов (thermoset), которые отверждаются при переработке и не способны далее переходить в жидкое агрегатное состояние.

Физические состояния термопластов

В зависимости от принимаемых фазовых состояний термопластичные материалы делятся на аморфные и кристаллические (точнее кристаллизующиеся). В кристаллизующихся литьевых термопластах всегда сохраняется какая-то доля незакристаллизованного (аморфного) материала, поэтому эти материалы иногда называют частично-кристаллическими. Некоторые материалы (PC), в принципе способные к кристаллизации, не кристаллизуются при литье под давлением, оставаясь аморфными. Есть материалы , которые могут быть аморфными или кристаллизоваться в зависимости от условий литья. Другие — очень сильно меняют степень кристалличности и свойства при изменении технологического режима. Способность к кристаллизации — очень важное свойство материалов, определяющее их поведение при переработке, и которое обязательно должно учитываться при конструировании изделий и пресс-форм и выборе технологического режима литья. Кристаллизующиеся материалы имеют высокий уровень усадки и анизотропии усадки (разница продольной и поперечной усадки). Пигменты и другие добавки, действуя как нуклеаторы (зародышеобразователи кристаллизации), могут значительно изменять структуру и свойства кристаллизующихся материалов.

В зависимости от температуры аморфные термопласты имеют 3 физических состояния: стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее.

Для стеклообразного состояния характерны небольшие упругие деформации. Переход из высокоэластического состояния в стеклообразное происходит в некотором диапазоне температур, центр которого называют температурой стеклования Tc (glass transition temperature, Tg). В зависимости от метода определения температура стеклования может значительно изменяться. При повышении температуры стекловании повышается температура эксплуатации аморфного материала.

Полимер в высокоэластическом состоянии способен к большим обратимым деформациям, достигающим сотен и более %. При повышении температуры литьевой термопластичный материал переходит из высокоэластического состояния в вязкотекучее. Температура такого перехода называется температурой текучести Тт. Выше температуры текучести в полимере проявляются необратимые деформация вязкого течения. При нагревании аморфного материала обычно визуально наблюдается нефазовый переход, напоминающий процесс плавления для кристаллизующихся термопластов. Температуру такого перехода условно называют температурой плавления (melting temperature, Tm ) аморфного материала.

В кристаллизующихся термопластах аморфная фаза может приобретать описанные выше физические состояния. При нагревании кристаллическая фаза плавится. Температура этого фазового перехода называется температурой плавления Тпл (melting temperature, Tm). Свойства кристаллизующихся полимеров зависят от содержания кристаллической фазы и от того, в каком физическом состоянии (стеклообразном или высокоэластическом) находится при температуре эксплуатации аморфная фаза.

Классификация термопластов по эксплуатационным свойствам

Литьевые термопластичные материалы делят на несколько групп в зависимости от уровня эксплуатационных свойств. К таким свойствам прежде всего относится температура долговременной эксплуатации.

Пластмассы достаточно условно делят на группы (в различных изданиях приводятся разные критерии классификации):
— Материалы общего назначения или общетехнического назначения (general purpose plastics);
— Конструкционные пластмассы или пластмассы инженерно-технического назначения (engineering plastics);
— Суперконструкционные (super-engineering plastics) или высокотермостойкие полимеры (high temperature plastics).

Среди термопластов выделяют особую группу термопластичных эластомеров или термоэластопластов (TPE), которые по технологическим свойствам являются обычными термопластами, а по эксплуатационным подобны каучукам и резинам, т.е. способны к большим обратимым деформациям. В зависимости от температуры долговременной эксплуатации термоэластопласты также подразделяют на материалы общего назначения (general purpose TPE) и инженерно-технического назначения (engineering TPE).

Классификация термопластов по химической структуре

По химическому строению многочисленные литьевые термопластичные материалы обычно подразделяют на несколько групп (классов). Современная промышленность выпускает большое количество типов полиолефинов (PO), важнейшими из которых являются группы полиэтиленов (PE) и полипропиленов (PP). Многочисленные типы материалов представлены в группах стирольных пластиков (PS), полиамидов (PA), сложных полиэфиров (polyester).

Традиционно выделяют группы полимеров на основе целлюлозы (cellulosic plastics), фторполимеров или фторопластов (fluoro plastics). Изготовители акриловых полимеров или акрилатов (acrylic) часто указывают только принадлежность материала к данной группе и не приводят тип материала.

Классификация термопластов по объему производства

Нередко в литературе выделяют группу крупнотоннажных материалов (volume plastics), к которым относят полиэтилен (PE) и полипропилен (PP). основные стирольные пластики (PS) и особенно АБС (ABS), акрилаты (acrylic), ПВХ (PVC) и бутылочный ПЭТ (PET).

Гомополимеры. Сополимеры. Стереоизомеры

Полимеры, построенные одинаковых мономеров называют гомополимерами (homopolymer), из разных — сополимерами (copolymer).

Для некоторых типов материалов (полипропилен, полистирол и др.) помимо химической формулы большое значение имеет стереоизомерия — тип пространственной конфигурации боковых групп атомов относительно полимерной цепи. Наиболее важные типы стереоизомеров:

— изотактический (isotactic) — боковые группы расположены по одну сторону полимерной цепи;
— синдиотактический (syndiotactic) — боковые группы последовательно чередуются по одну и другую сторону полимерной цепи;
— атактическиий (atactic) — беспорядочное расположение боковых групп по одну и другую сторону полимерной цепи.

Развитие технологи синтеза полимеров с использованием металлоценовых катализаторов, позволило наладить в последние годы промышленный выпуск различных стереоизомеров.

В качестве примера влияния стереоизомерии на эксплуатационные свойства материала можно привести синдиотактический полистирол (SPS), являющийся кристаллизующимся материалом в отличие от обычного аморфного атактического полистирола.

По структуре сополимеры делят на несколько типов:

— блок-сополимер (block-copolymer) — регулярное чередование последовательностей (блоков) звеньев в основной цепи;
— статистический сополимер (random copolymer) — нерегулярное чередование последовательностей звеньев;
— привитой сополимер (graft copolymer) — имеет основную цепь в виде гомополимера или сополимера, к которой присоединены боковые цепи;
— чередующийся или альтернатный сополимер (alternating copolymer) — регулярное чередование звеньев в основной цепи.

В последнее время большое развитие получили интерполимеры — сополимеры, образующие гомогенную структуру (компоненты не выделяются в отдельные фазы).

Помимо двойных сополимеров, построенных из двух типов мономерных звеньев, выпускаются тройные сополимеры (terpolymer), состоящие из трех типов звеньев, а также сополимеры с четырьмя и большим количеством типов звеньев. Тройными сополимерами являются АБС-пластики (ABS), ACA-сополимер (ASA) и др.

Классификация термопластов по типу наполнителя

Наполнители могут значительно изменять эксплуатационные и технологические свойства термопластов.

Термопласты, содержащие стекловолокно и др. виды стеклянных наполнителей, традиционно называют стеклопластиками (glass filled). В последние годы большое распространение получили материалы, наполненные длинным стекловолокном, требующие особых условий переработки.

Углепластиками (carbon filled) называют материалы, содержащие углеродное волокно.

Иногда выделяют группу «специальных» термопластов. К ним относят материалы, содержащие антипирены (материалы с повышенной стойкостью к горению), электропроводящие добавки (антистатические, электропроводящие, ЭМИ-экранирующие материалы), антифрикционные добавки (материалы с пониженным коэффициентом трения), добавки, придающие износостойкость и др.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Термопластичные полимеры

Термопластичными называют полимеры, способные многократно размягчаться при нагревании и отвердевать при охлаждении. Эти и многие другие свойства термопластичных полимеров объясняются линейным строением их макромолекул. При нагревании взаимодействие между молекулами ослабевает и они могут сдвигаться одна относительно другой (как это происходит с частицами влажной глины), полимер размягчается, превращаясь при дальнейшем нагревании в вязкую жидкость.

Линейным строением молекул объясняется также способность термопластов не только набухать, но и хорошо растворяться в правильно подобранных растворителях. Тип растворителя зависит от химической природы полимера. Растворы полимеров, даже очень небольшой концентрации (2…5%), отличаются довольно высокой вязкостью, причиной этого являются большие размеры полимерных молекул по сравнению с молекулами обычных низкомолекулярных веществ. После испарения растворителя полимер вновь переходит в твердое состояние. На этом основано использование растворов термопластов в качестве лаков, красок, клеев и вяжущего компонента в мастиках и полимеррастворах.

К недостаткам термопластов относятся низкая теплостойкость (обычно не выше 80… 120 °С), низкая поверхностная твердость, хрупкость при пониженных температурах и текучесть при высоких, склонность к старению под действием солнечных лучей и кислорода воздуха.

В строительстве используется около 20…25 % производимых полимеров. Главнейшие термопластичные полимеры, применяемые в строительстве — поливинилхлорид, полистирол, полиэтилен и полипропилен, а также поливинилацетат, полиакрилаты, полиизобутилен и др.

Полиэтилен — продукт полимеризации этилена — самый распространенный в наше время полимер. Полиэтилен роговидный, жирный на ощупь, просвечивающийся материал, легко режется ножом; при поджигании горит и одновременно плавится с характерным запахом горящего парафина. При комнатной температуре полиэтилен практически не растворяется ни в одном из растворителей, но набухает в бензоле и хлорированных углеводородах; при температуре выше 70. ..80 °С он растворяется в указанных растворителях.

Полиэтилен обладает высокой химической стойкостью, биологически инертен. Под влиянием солнечного излучения (УФ его составляющей) полиэтилен стареет, теряя эксплуатационные свойства.

При нагреве до 50…60 °С полиэтилен снижает свои прочностные показатели, но при этом сохраняет эластичность до минус 60…70 °С. Полиэтилен хорошо сваривается и легко перерабатывается в изделия. Из него изготавливают пленки (прозрачные и непрозрачные), трубы, электроизоляцию. Вспененный полиэтилен в виде листов и труб используется для целей теплоизоляции и герметизирующих прокладок.

Недостатки полиэтилена — низкая теплостойкость и твердость, горючесть, быстрое старение под действием солнечного света. Защищают полиэтилен от старения, вводя в него наполнители (сажу, алюминиевую пудру) и/или специальные стабилизаторы.

Полипропилен — полимер, по составу близкий к полиэтилену. При синтезе полипропилена образуется несколько различных по строению полимеров: изотактический, атактический и синдиотактический.

В основном применяется изотактический полипропилен. Он отличается от полиэтилена большей твердостью, прочностью и теплостойкостью (температура размягчения около 170 °С), но переход в хрупкое состояние происходит уже при минус 10…20 ºС.

Максимальная температура эксплуатации для изделий из полипропилена 120…140 °С, но изделия, находящиеся в нагруженном состоянии, например трубы горячего водоснабжения, не рекомендуется использовать при температуре выше 75 °С.

Применяют полипропилен практически для тех же целей, что и полиэтилен, но изделия из него более жесткие и формоустойчивые.

Атактический полипропилен (АПП) получается при синтезе полипропилена как неизбежная примесь, но легко отделяется от изотактического полипропилена экстракцией (растворением в углеводородных растворителях).

Полиизобутилен — каучукоподобный термопластичный полимер.

Полистирол (поливинилбензол) — прозрачный полимер плотностью 1050…1080 кг/м; при комнатной температуре жесткий и хрупкий, а при нагревании до 80… 100 °С размягчающийся. Прочность при растяжении (при 20 °С) 35…50 МПа. Полистирол хорошо растворяется в ароматических углеводородах (влияние бензольного кольца, входящего в состав молекул полистирола), сложных эфирах и хлорированных углеводородах. Полистирол горюч и хрупок.

В строительстве полистирол применяют для изготовления теплоизоляционного материала — пенополистирола (плотностью 15…50 кг/м), облицовочных плиток и мелкой фурнитуры. Раствор полистирола в органических растворителях — хороший клей.

Поливинилацетат — прозрачный бесцветный жесткий при комнатной температуре полимер плотностью 1190 кг/м. Поливинилацетат растворим в кетонах (ацетоне), сложных эфирах, хлорированных и ароматических углеводородах, набухает в воде; в алифатических и терпеновых углеводородах не растворяется. Поливинилацетат не стоек к действию кислот и щелочей; при нагреве выше 130… 150 °С он разлагается с выделением уксусной кислоты. Положительное свойство поливинилацетата — высокая адгезия к каменным материалам, стеклу, древесине.

В строительстве поливинилацетат применяют в виде поливинилацетатной дисперсии (ПВАД) — сметанообразной массы белого или светло-кремового цвета, хорошо смешивающейся с водой. Поливинилацетатную дисперсию получают полимеризацией жидкого винилацетата, эмульсированного в виде мельчайших частиц (до 5 мкм) в воде.

Поливинилацетат широко применяют в строительстве. На его основе делают клеи, вододисперсионные краски, моющиеся обои. ПВАД применяют для устройства наливных мастичных полов и для модификации цементных растворов. Дисперсией, разбавленной до 5…10 -ной концентрации, грунтуют бетонные поверхности перед приклеиванием облицовки на полимерных мастиках и перед нанесением полимерцементных растворов.

Недостаток материалов на основе дисперсий поливинилацетата — чувствительность к воде: материалы набухают, и на них могут появиться высолы.

Поливинилхлорид — самый распространенный в строительстве полимер — представляет собой твердый материал без запаха и вкуса, бесцветный или желтоватый (при переработке в результате термодеструкции может приобрести светло-коричневый цвет).Температура текучести поливинилхлорида 180…200 °С, но уже при нагревании выше 160 °С.

Поливинилхлорид хорошо совмещается с пластификаторами. Это облегчает переработку и позволяет получать пластмассы с самыми разнообразными свойствами: жесткие листы и трубы, эластичные погонажные изделия, мягкие пленки.

Поливинилхлорид хорошо сваривается; склеивается он только некоторыми видами клеев, например перхлорвиниловым. Положительное качество поливинилхлорида — высокие химическая стойкость, диэлектрические показатели и низкая горючесть.

В строительстве поливинилхлорид применяют для изготовления материалов для полов (различные виды линолеума, плитки), труб, погонажных изделий (поручни, плинтусы сайдинг и т. п.) и отделочных декоративных пленок и пенопластов.

Перхлорвинил — продукт хлорирования поливинилхлорида, содержащий 60…70 (по массе) хлора, вместо 56 % в поливинилхлориде. Плотность перхлорвинила около 1500 кг/м. Он характеризуется очень высокой химической стойкостью (к кислотам, щелочам, окислителям); трудносгораем. В отличие от поливинилхлорида перхлорвинил легко растворяется в хлорированных углеводородах, ацетоне, этилацетате, толуоле, ксилоле и других растворителях.

Положительное качество перхлорвинила — высокая адгезия к металлу, бетону, древесине, коже и поливинилхлориду. Сочетание высокой адгезии и хорошей растворимости позволяет использовать перхлорвинил в клеях и окрасочных составах. Перхлорвиниловые краски благодаря высокой стойкости этого полимера используют для отделки фасадов зданий.

Поликарбонаты— сравнительно новая для строительства группа полимеров — сложных эфиров угольной кислоты. Они отличаются высокими физико-механическими показателями, мало изменяющимися в интервале температур от — 100 до + 150 ºС. Плотность поликарбонатов 1200 кг/м 3 ; прочность при растяжении 65 ± 10 МПа при относительном удлинении 50…100 %; у них высокая ударопрочность и твердость (НВ 15…16 МПа).

Перерабатывают поликарбонат в изделия экструзией, литьем под давлением горячим прессованием и др. Он легко обрабатывается механическими методами, сваривается горячим воздухом и склеивается с помощью растворителей. Поликарбонаты оптически прозрачны, устойчивы к атмосферным воздействиям, в том числе и к УФ-облучению. Их широко применяют для электротехнических изделий (розеток, вилок, телефонных аппаратов и т.п.). В строительстве листовой поликарбонат и пустотелые (сотовые) панели используют для светопрозрачных ограждений.

Кумароноинденовые полимеры — полимеры, получаемые полимеризацией смеси кумарона и индена, содержащихся в каменноугольной смоле и продуктах пиролиза нефти.

Кумароноинденовый полимер имеет небольшую молекулярную массу (менее 3000) и в зависимости от ее значения может быть каучукоподобным или твердым хрупким материалом. Снизить хрупкость кумароноинденовых полимеров можно совмещая их с каучуками, фенолформальдегидными смолами и другими полимерами. Эти полимеры хорошо растворяются в бензоле, скипидаре, ацетоне, растительных и минеральных маслах.

Кумароноинденовые полимеры в расплавленном или растворенном виде хорошо смачивают другие материалы, а после затвердевания сохраняют адгезию к материалу, на который были нанесены. Из них изготовляют плитки для полов, лакокрасочные материалы и приклеивающие мастики.

Simplex Полимеры Нижнего Новгорода

Термопласт и термоэластопласты

В статье приводится классификация термопластичных полимеров, описываются их особенности, физические характеристики и сфера применения.

Термопласты.

Термопласты – большая группа полимеров, которые обладают свойством переходить из твердого состояния в высокоэластичное или вязкотягучее при нагревании и восстанавливать свое первоначальное состояние при охлаждении. Этот процесс может проходить многократно в одну и другую сторону, что позволяет перерабатывать термопластовые отходы в новую продукцию. При этом существенно снижается себестоимость изделия и улучшается экологическая обстановка. Переработка ТПЕ полимеров происходит при помощи прессования, литья под давлением и выдувного формования. Переработке подлежит только высушенный материал, процент влаги в котором составляет не более 0,1.

Классификация термопластов.

Классификация термопластов производится по нескольким критериям. По своему физическому состоянию они делятся на аморфные и кристаллизующиеся. Первые, в зависимости от температуры воздействия, могут находиться в трех состояниях (в порядке ее повышения): стеклообразном, высокоэластичном и вязкотягучем. Первому свойственны небольшие упругие деформации, второе состояние характеризуется возможностью больших обратимых деформаций, дальнейшее повышение температуры приводит к тому, что в термопласте появляются уже необратимые изменения.

В зависимости от химической структуры термопласты можно разделить на полиолефины (полиэтилен, полипропилен), сложные полиэфиры, полиамиды, стирольные пластики, полимеры (акриловые и на основе целлюлозы и фторопластов).

По эксплуатационным характеристикам различают термопласты общетехнического, инженерно-технического назначения и термостойкие.

Для улучшения технологических и эксплуатационных характеристик термопластов могут применяться наполнители. По их виду полимеры разделяют на стеклопластик (наполнитель из стекла), углепластик (углеродное волокно) и специальные термопласты (с электропроводящими материалами, антифрикционными и увеличивающими износостойкость добавками и т. д.).

Все эти полимеры обладают целым рядом очень полезных и уникальных свойств, которые позволяют широко их использовать в самых разнообразных областях. Они имеют хорошую термостойкость, упругость, мягкость, практически не токсичны, очень эластичны даже при низких температурах, устойчивы к химическим воздействиям. Кроме того, они очень технологичны и служат долго.

Термопластичные полимеры часто применяются при производстве труб, электропроводки, фурнитуры для мебели. Используют их в сельском хозяйстве и при строительных работах. Свое место термопласты заняли также и в медицине (стоматология, протезирование).

Без термопластичных материалов сегодня не обходится и обувная промышленность (из них производятся высококачественные подошвы), и машиностроение (изготавливаются различные шестерни, муфты, подшипники, амортизаторы и т. д.), и производство спортивного инвентаря.

Поскольку у вторичных термопластов характеристики все-таки немного похуже, то для производства продуктов, к которым предъявляют повышенные требования к качеству, гигиеническим характеристикам (например, вещи для детей, упаковки для продуктов) в настоящее время используют только первичные материалы.

Конкретный термопластичный полимер выбирается, исходя из условий и особенностей применения готовой продукции. К примеру, у поликарбоната очень хорошая прочность, и он может эксплуатироваться в очень широком диапазоне температур (примерно от — 100 до + 140 °С), поэтому его используют при остеклении различных прозрачных сооружений (теплицы, остановки общественного транспорта и т. д.).

Полиэтилен.

Полиэтилен чаще всего используется там, где необходима высокая стойкость к химическим воздействиям, поэтому из него производят тару для хранения и транспортировки химически агрессивных жидких веществ (кислота, щелочь и т. д.). Когда необходима высокая прочность конструкции с большим количеством изгибов и поворотов, то используется полипропилен. Помимо прочности, этот материал характеризуется высокой износостойкостью, инертностью к различным химическим соединениям (например, к спиртам и кислотам), он не пропускает газ и пар.

Сэвилен

Для производства разнообразных прокладок, шлангов, пленок, надувных игрушек широко используется сэвилен. Применение сэвилена в данной области обусловлено его прозрачностью, гигиеничностью и безопасностью для организма человека, хорошими адгезивными характеристиками, сохранением исходных свойств в процессе переработки.

Какой бы термопластичный материал ни применялся в производстве, изделие из него всегда обладает низкой стоимостью, небольшим весом и хорошей эластичностью.