Материаловедение

     Фторопласт-4 или политетрафторэтилен больше известен под названием тефлон. Характеризуется высокой плотностью 2,1-2,3 г/см³, коэффициентом трения, хорошими электроизоляционными и диэлектрическими свойствами, высокой коррозионной стойкостью, термостойкостью и морозостойкостью. Рабочий интервал температур находится в вале от -269 до 250 °С. Пленка из него не охрупчивается даже в жидкого гелия. По химической стойкости фторопласт-4 превосходит все известные материалы, включая золото и платину. Он стоек к воздействию всех минеральных и органических щелочей, кислот, органических растворителей, не набухает в воде, не смачивается жидкостями  вязкотекучими средами пищевых производств (тестом, патокой, вареньем и т. д.). При температуре до 260 °С невзрывоопасен, негорюч, при непосредственном контакте не оказывает влияния на организм человека. Разрушается только под действием расплавленных щелочных металлов и элементарного фтора. Имея низкий коэффициент трения, используется для изготовления подшипников скольжения без смазки. Для уменьшения износа подшипников во фторопласт вводят 15-30 % наполнителя (графита, дисульфита, молибдена, стеклянного волокна и др.) II фторопласта-4 изготавливают детали тесторазделочных линий и трап, портеров в хлебопекарной промышленности, а также детали молочного  оборудования (при условии контакта с пищевыми продуктами при температуре не выше 70 °С).

  Недостатками  фторопласта-4 являются низкая твердость, склонность к ползучести и отслоению  его частиц при контактных напряжениях.

  Фторопласты широко применяются для изготовления стойких покрытий, пленок, волокон, подшипников, кранов, мембран, насосов, коррозионностойких конструкций, тепло- и морозостойких деталей (втулки, пластины, диски, прокладки, сальники, клапаны), для облицовки внутренней поверхности различных низкотемпературных емкостей.

  Полистирол  относится к числу наиболее известных и широко применяемых пластмасс. Его макромолекула имеет следующую форму i [-СН₂-СН(С₆Н,)-]„.

  Это твердый, жесткий, бесцветный, прозрачный, аморфный полимер, легко окрашиваемый в различные цвета. Обладает высокой водостойкостью, хорошей химической стойкостью в растворах солей, кислот и щелочей. По сравнению с другими термопластами имеет более высокую стойкость к радиации. Недостатками полистирола являются, повышенная хрупкость при ударных нагрузках, склонность к старению, невысокая теплостойкость и морозостойкость. Интервал рабочих температур от -40 до 65 °С.

  Полистирол  применяют для изготовления деталей  радио- и электроаппаратуры, предметов  домашнего обихода, детских игрушек, трубок для изоляции проводов, пленок для изоляции электрических кабелей и конденсаторов, открытых емкостей (лотки, тарелки и др.), прокладок, втулок. Из ударопрочного полистирола, который представляет собой механическую смесь полистирола с каучуком, изготавливают крупногабаритные детали холодильников.

  Пластмассы на основе поливинилхлорида, имеющего формулу [-СН₂-*>} , обладают хорошими электроизоляционными свойствами. Они «вы к воздействию химикатов, не поддерживают горения, атмос-, феро-, водо-, масло- и бензостойки.

  Винипласты — непластифицированные поливинилхлориды. Винипласты имеют высокую механическую прочность и упругость, но сравнительно малую пластичность. Устойчивы к воздействию почти всех минеральных кислот, щелочей и растворов солей. Их недостатками являются склонность к ползучести, низкая ударная вязкость, малая теплостойкость, зависимость от температуры.

   Винипласт выпускается в виде листов, прутков, труб. Хорошо обрабатываются на металло- и деревообрабатывающих станках. Он формуется, выдавливается и выдувается, поддается сварке и склеиванию. Пленочный винипласт при нагреве склеивается с металлом и бетоном. Его применяют для упаковки лекарств и пищевых продуктов, для изготовления обложек книг и папок, деталей машин и аппаратов, непосредственно контактирующих с пищевыми средами. Из винипласта изготавливают: для транспортировки воды, холодного молока, агрессивных жидкостей и газов, тару для молока и молочных продуктов, коррозионностойкие емкости, детали вентиляционных воздухопроводов, теплообменников, шланги вакуум-проводов, вибропоглащающие материалы в машиностроении, водо-, бензо- и антифрикционные трубки, прокладки, соединительные муфты, клапаны и т.д.

   Пластикат — это поливинилхлорид, пластифицированный разными веществами. Введение пластификаторов не только улучшает пластичность, но и повышает морозостойкость. В промышленности выпускают пленочный пластикат, в виде гранул, лент или трубок. Пластикат получают экструзией и вальцеванием. Он обладает хорошей стойкостью к старению. Пленочный пластикат эластичен, влагонепроницаем, негорюч, имеет хорошие диэлектрические свойства, стоек к действию бензина и различных масел. При температурах ниже -50 °С становится хрупким. Широко используется для изоляции кабелей, изготовления труб и других изделий.

   Слоистый поливинилхлорид состоит из листа винипласта толщиной 1 мм и листа пластиката толщиной 2 мм. Получается прессованием нагретых листов в один монолист. Он обладает лучшим сочетанием теплофизических и механических свойств. Применяется для футеровки емкостей химических аппаратов; в пищевом машиностроении — для деталей машин, контактирующих с суслом и ординарными винами. При армировании слоистого поливинилхлорида получают так называемый металлокорд. Этот материал стоек к агрессивным средам, сохраняет свою форму при температурах до 95 "С и не растрескивается при -40 °С. К метам к пластикам относится ставинил, представляющий собой стальной ли< покрытый слоистым поливинилхлоридом.

   Полиамиды включают в себя группу известных термопластичны пластмасс — нейлон, капрон и др. Макромолекула полиамида состоит из амидной -NH-CO- и метиленовой -СН₂- групп. Имеет общий m [-NH-CO-(CH₂)-]_n, где число метиленовых групп повторяется от'!, 100 раз. Ориентированные полиамиды характеризуются высокой прочностью на растяжение, составляющей более 400 МПа, ударопрочностью, способностью к поглощению вибрационных нагрузок. Подшипники и трущиеся детали из полиамидов способны работать с самосмазыванием, i» этому их можно использовать в пищевой промышленности в тех случаях, когда применение смазок вредно и нежелательно. Полиамиды используют для изготовления конструкционных и электроизоляционных изделий, работающих при температурах от -60 до 100 "С. Это зубчатые передач уплотнительные устройства, втулки, муфты, подшипники скольжения, лопасти винтов, стойкие к действию щелочей, масел, жиров и углеводородов, технические изделия и товары культурно-бытового назначения, антифрикционные покрытия металлов. Из полиамидов изготавливают щетки ситовеечных и других машин, имеющих контакт с мукой и манной крупой, а также детали фильтров мельничного оборудования.

   Полиуретаны являются ценными термопластичными полимерам. Они содержат уретановую группу [-NH-COO-]_n. Характеризуй не высоким модулем упругости, износостойкостью, низким коэффициентом трения, стойкостью к вибрациям, масло-, бензо- и атмосферостойкостью. Изделия из полиуретана можно использовать при понижении температуры до -70 °С. Волокна из полиуретана малогигроскопичны имеют высокую химическую стойкость. Их используют для изготовления изоляции, фильтровальных и парашютных тканей.

   Стекло  органическое (плексиглаз) обычно состоит из полиметакрилата, имеющего структурную формулу [-CH₂-C(CH₃)(COOCH_:j). Оно обладает хорошими диэлектрическими свойствами и стойкостью к старению в естественных условиях. Органическое стекло оптически прозрачно. Его светопрозрачность составляет около 92 %. Оно пропускает до 92 % ультрафиолетовых лучей и большую часть инфракрасных лучей, низкую плотность, устойчиво к воздействию разбавленных кислот щелочей, углеводородного топлива и смазок. Под действием внешних сил в органическом стекле образуются трещины. Для повышения его стойкости против растрескивания полимер подвергают растяжению том до 140-150 "С состоянии в двух взаимно перпендикулярных направлениях, в результате чего ударная вязкость увеличивается в 7-10. Его недостаток — низкая поверхностная твердость.

     Поликарбонат — полимер, выпускаемый под названием дифлон. Характеризуется низкой водопоглощаемостью и газопроницаемостью, хорошими диэлектрическими свойствами, высокой жесткостью, теплосетью и химической стойкостью, не имеет запаха и вкуса, физиологически безвреден, бесцветен, прозрачен, хорошо окрашивается. Устойчив к световому старению и действию окислителей даже при до 120 °С. Является одним из наиболее ударопрочных термопластов, что позволяет использовать его в качестве конструкционного материала, заменяющего металлы. Из поликарбоната изготавливают шестерни, подшипники, корпуса, крышки, клапаны и другие детали, сосуды и трубопроводов для транспортировки фруктовых соков, молока, вин; может использоваться в технике низких температур для работы в среде жидких газов.

   Физико-механические свойства поликарбонатов улучшаются при введении в них армирующих волокон. Армированные поликарбонаты «Эстеран» применяются в производстве ответственных деталей машин, например подшипников качения, кулачков и т.д. Они сохраняют свои свойства и эксплуатационную надежность в интервале температур от -200 до 110°С, а также в вакууме. 

   Термореактивные пластмассы (реактопласты)

   Термореактивные пластмассы отличаются от термопластов повышенной теплостойкостью,  практически полным отсутствием ползучести под кой при обычных температурах, постоянством физико-механических свойств в интервале температур их эксплуатации. Основу любого реактопласта составляет химически затвердевающая термореактивная смола, являющаяся связующим веществом. Кроме того, в состав пластов входят наполнители, пластификаторы, отвердители, ускорители или замедлители и растворители. Наполнителями могут быть порошковые, волокнистые и гибкие листовые материалы.

   В качестве порошковых наполнителей используют молотый кварц, тальк, графит, древесную муку, целлюлозу. К пластмассам с порошковым наполнителем относятся фенопласты и аминопласты.

   Фенопласты (бакелиты, фенолоформальдегидные смолы) являются термоупрочняемыми пластмассами. Неупрочненные смолы — новолаки и резоры — получают при поликонденсации фенола с формальдегидом.

   Новолачные смолы получают в присутствии кислого катализатора, когда отношение фенола к формальдегиду меньше единицы. Эти смолы способны отверждаться при нагреве только в присутствии отвердителя. Технология производства таких смол более проста, чем резольных смол, Этим объясняется их наибольшее распространение.

   Резольные смолы получают в присутствии щелочного катализатора при отношении фенола к формальдегиду, равном единице или большем смолы при нагревании отверждаются без введения в них отвердителя.

   Для получения пластмассы с хорошими потребительскими свойствами в новолаки добавляют дополнительную субстанцию (обычно уротропин), которая при нагревании разлагается с выделением формальдегида.

   Упрочнение  термопластов происходит в основном в интервале темпе-140-180 °С, но благодаря  соответствующим добавкам кислот некоторые резолы можно отвердить уже при более низких температурах, напри 25 °С или несколько выше.

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

   Упрочненные фенолоформальдегидные смолы чаще называются бакелитами. Эта пластмасса механически хорошо обрабатывается инструментами для обработки металла и может подвергаться полированию. Бакелит из новолака имеет большую термостойкость (100-150 °С), чем бакелит из резола, но худшие диэлектрические свойства.

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

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

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

  Аминопласты являются термоупрочняемыми пластмассами. При нагреве или в присутствии кислотных катализаторов они способны к  упрочнению за счет образования пространственной сетчатой структуры.

  Упрочненные аминопласты твердые и жесткие. Их можно полировать и механически  обрабатывать металлорежущими инструментами. Они имеют хорошие электроизоляционные  свойства, легко окрашиваются.

  Теплостойкость  упрочненных аминопластов около 100-120 ° С. Образец, внесенный в огонь, начинает гореть не ранее, чем через минуту.  Извлеченный из пламени, он не гаснет, но горит медленно. В действительности горят наполнители, сама смола негорюча.

  Упрочненные аминопласты стойки к воздействию  воды, кислот (в том числе серной и азотной), щелочей и органических растворителей.

  Из  аминопластов изготавливают мерные кружки и воронки для молока, поворотные лотки для ситовеечных машин (для манной крупы и муки), а также клеи для дерева, электротехнические детали (розетки, выключатели) и галантерею, тонкие покрытия для украшения, лаки (так называемые печные), пенистые материалы.

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