Характеристика некоторых распространенных полимеров
Для изготовления сварных конструкций наиболее широко применяют
листы, трубы и пленки из термопластичных полимеров – полиамидов, полиолефинов, хлор- и фторсодержащих полимеров и сополимеров, полиакрилатов,
полистирола, поликарбонатов и полиэтилентерефталата.
К полиамидам относятся полимеры, содержащие в основной цепи
макромолекулы амидные группы (–СО–NH–). В большинстве случаев – это
кристаллические вещества с резко выраженной температурой плавления. Отечественная промышленность выпускает главным образом капрон и нейлон,
используемые для изготовления волокон, пленок, деталей машин.
Группа хлорсодержащих пластиков включает главным образом
материалы на основе полимеров и сополимеров винилхлорида и винилиденхлорида.
Наиболее широкое применение получили материалы на основе поливинилхлорида в связи с его сравнительно низкой стоимостью, хорошими физико-механическими и электрическими свойствами, а также способностью перерабатываться практически всеми известными способами.
Поливинилхлорид (ПВХ) (–СН2–СНСl–)n – полимер линейного строения, имеющий степень кристалличности до 10%. Основное количество поливинилхлорида, выпускаемого промышленностью, используется для производства винипласта и пластиката. Винипласт выпускается в виде листов, стержней, труб. Пластикат (пластифицированный поливинилхлорид) применяется
для изготовления прокладок, трубок, лент. Значительный объем в производстве поливинилхлоридных материалов занимают пленки.
Поливинилиденхлорид (–СН2–ССl2–)n имеет значительно более ограниченное применение ввиду затруднений, связанных с его переработкой и стабилизацией.
Полиолефинами называют группу материалов, образующихся при
полимеризации или сополимеризации олефинов. К ним принадлежат полиэтилен, полипропилен, полиизобутилен, поливинилциклогексан и др. Из них производят пленки, листы, емкости, трубы, контейнеры для упаковки различных
продуктов и т.д.
Большинство полиолефинов являются кристаллическими полимерами со
сравнительно высокой степенью кристаллизации. По масштабу промышленного производства и разнообразию областей применения первые места среди
полиолефинов принадлежат полиэтилену и полипропилену. Это обусловлено
ценными техническими свойствами этих полимеров, легкостью их переработки в изделия, а также наличием дешевого сырья. Области применения полиэтилена и полипропилена очень разнообразны: изготовление пленок, труб,
листов, изоляции, строительных деталей, емкостей, контейнеров и ряд других
изделий.
Полиэтилен [–СН2 – СН2–]n характеризуется весьма малыми силами
межмолекулярного взаимодействия. Этим обусловлены гибкость его полимерных цепей, повышенная морозостойкость и эластичность.
В зависимости от способа производства различают полиэтилен высокого
давления, или низкой плотности (ПЭНП), и полиэтилен низкого давления, или
высокой плотности (ПЭВП). В ПЭНП могут образовываться ответвления от
главной цепи, наличие которых снижает плотность упаковки макромолекул.
Поэтому степень кристалличности, прочность, плотность, теплостойкость у
него ниже, чем у линейного ПЭВП. Температура стеклования полностью
аморфного полиэтилена 193 К.
Полипропилен тоже получают при низком давлении.
Наличие в звене метильной группы вместо одного атома водорода (по сравнению с полиэтиленом) обеспечивает пропилену более высокие прочность и
температуры плавления (449 К) и стеклования (253 К).
Фторопласты (фторлоны) – это группа пластиков на основе полимеров различных ненасыщенных фторсодержащих соединений.
В нашей стране разработано и выпускается большое число фторсодержащих полимеров с самым разнообразным сочетанием физико-механических,
термических, химических и реологических свойств.
Наибольшее техническое применение среди фторсодержащих полимеров получил фторопласт-4 (фторлон-4) – политетрафторэтилен, не содержащий никаких добавок и модификаторов.
В отличие от других термопластов, фторопласт-4 не переходит в вязкотекучее состояние даже при температуре деструкции (выше 688 К) и поэтому
не перерабатывается обычными для термопластов методами.
В настоящее время промышленностью выпускается ряд новых плавких
фторопластов, способных заменить политетрафторэтилен. Это фторопласты
Ф-4М, Ф-40, Ф-42, Ф-3, Ф-32Л, и др. Все плавкие фторопласты перерабатываются методами прессования, экструзии, литья под давлением и могут быть использованы для изготовления пленок, труб, шлангов, листов, электроизоляционных и стойких к агрессивным средам изделий. Некоторые из плавких фторонов обладают избирательной растворимостью в органических растворителях.
Полистирол – аморфный полимер с линейным
строением макромолекулы с температурой стеклования 353-373 К и температурой текучести 423 К. Он легко перерабатывается литьем под давлением, обладает хорошими оптическими свойствами и низким фактором диэлектрических потерь при средних частотах. С другой стороны, полистирол легко под-
вергается действию многих растворителей, имеет низкую атмосферостойкость, характеризуется низкой теплостойкостью и высокой хрупкостью.
Создана серия сополимеров стирола, отличающихся от полистирола повышенной теплостойкостью и ударной прочностью. Полимеры и сополимеры
стирола используют для изготовления пленок, нитей, пенопластов, деталей
светотехнической арматуры, деталей холодильников, облицовочных листов и
плиток.
Группа акриловых пластиков включает полимеры и сополимеры
акриловой и метакриловой кислот и их производных. Наибольшее значение
среди акриловых пластиков имеет полиметилметакрилат (ПММА), который
поставляется главным образом в виде листового органического стекла. ПММА
представляет собой аморфный прозрачный полимер, обладающий высокой
проницаемостью для излучения видимого и ультрафиолетового диапазона.
При нагреве выше 393 К ПММА размягчается, переходит в высокоэластичное
состояние и легко формуется; выше температуры 473 К начинается заметная
деполимеризация.
Достаточно широкое применение получили также сополимеры метилметакрилата с акрилонитрилом. По сравнению с ПММА эти сополимеры обладают более высокой твердостью и прочностью, применяются главным образом
для изготовления безосколочного ударопрочного органического стекла для
самолетов, автобусов и различных сооружений.
Полиэфиры включают группу поликонденсационных полимеров, среди которых наибольшее применение нашли поликарбонаты и полиэтилентерефталат (лавсан).
К поликарбонатам относятся сложные полиэфиры угольной кислоты.
Поликарбонат характеризуется более высокой вязкостью расплава, чем другие
термопласты, однако может перерабатываться всеми широко распространенными методами. Температура стеклования 403 К, текучести 573-603 К, термодеструкции 633 К. Литьем под давлением из него получают детали для холодильников, телевизоров, калориферов. Методом экструзии изготовляют
стержни, листы, трубы, шланги, пленки, а также различные полые детали.
Прессованием получают прозрачные панели с гладкой поверхностью.
Полиэтилентерефталат – кристаллический полимер с температурой
стеклования 350 К, текучести 553 К и термодеструкции 573 К. Полиэтилентерефталат используется для изготовления пленок и волокна (лавсан).