РЕФЕРАТ ПО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЮ
НА ТЕМУ: "термоэластопласты, фторкаучуки, полисульфон"
ВВЕДЕНИЕ
Значение полимеров и материалов на их основе их композиций в современной технике и народном хозяйстве очень велико. Сложно представить хотя бы одну область человеческой жизнедеятельности, где бы не использовались полимеры. Ассортимент полимеров, эластомеров, каучуков и резин очень и очень велик.
Термин полимерия был введен в науку И. Берцелиусом в 1833 году для обозначения особого вида изомерии, при которой вещества(полимеры), имеющие одинаковый состав, могут иметь различную молекулярную массу, например этилен и бутилен, кислород и озон. Такое содержание термина не соответствовало современным представлениям о полимерах. "Истинные" синтетические полимеры в то время еще не были известны.
Полимеры – химические соединения с высокой молекулярной массой, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся "группировок". Атомы, входящие в состав макромолекул, соединены друг с другом силами главных и координационных валентностей.
По происхождению полимеры делятся на природные, например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные и синтетические. Атомы или атомные группы могут располагаться в макромолекуле в виде: открытой цепи вытянутой в линию последовательности циклов; цепи с разветвлением; трехмерной сетки.
Современное развитие техники и технологии производства и переработки полимеров позволяет получить различные полимеры с различными наборами свойств. При этом задача инженера – технолога не максимизировать одно определенное свойство, а получить композицию с оптимальным набором свойств. Полимерные изделия представляют собой, как правило, сложную многокомпонентную структуру.
С точки зрения переработки материалов, полимеры целесообразно делить на 3 группы:
1. термопласты – полимеры, которые при повышенных температурах находятся в вязкотекучем состоянии, а при пониженных переходят в стеклообразное.
2. реактопласты – материалы, переработка которых сопровождается образованием трехмерных полимеров.
3. эластомеры – полимеры, находящиеся в высокоэластичном состоянии.
В своем реферате я сравниваю особенности переработки, способы получения, области применения, основные эксплуатационные показатели для: термоэластопластов(как класс), фторкаучуков и полисульфона.
ТЕРМОЭЛАСТОПЛАСТЫ
Термопластичные эластомеры (thermoplasticelastomers) – полимерные материалы, которые в условиях эксплуатации способны, подобно эластомерам, к большим обратимым деформациям, а при повышенных температурах, в частности при переработке в изделия, текут подобно термопластам. Термоэластопласты представляют собой блоксополимеры типов АВА и (АВ)n, где А-жесткие блоки термопластов (полистирольные, полиэтиленовые, полиакрилатные), В -гибкие эластомерные блоки (полибутадиеновые, полиизопреновые, сополимерные – бутадиен-стирольные, изопрен-стирольные, этилен-пропиленовые). Близки по свойствам к термоэластопластам иономеры, в том числе солевые вулканизаторы карбоксилатных каучуков.
ПОЛУЧЕНИЕ:
Диенароматические термоэластопласты получают полимеризацией мономеров в углеводородных растворителях, например циклогексане, при температурах от 0 до 80°С для предотвращения образования побочных продуктов( блоксополимеров типа АВ или гомополимеров); катализатор- литийорганическое соединение. Мономеры вводят последовательно: очень высоки требования к их чистоте( содержание примесей не более 104-105%). В присутствии галогенсодержащих соединений возможно образование разветвленных термоэластопластов[ например, получены звездчатые термоэластопласты типа солпрен структуры (АВ)4С, где С –атом углерода, В –полибутаденовый блок; А –полистирольный блок].
Термоэластопласты получают также поликонденсацией предварительно полученных олигомеров, содержащих функциональные концевые группы, и сополиконденсацией с использованием третьего сомономера в условиях, обеспечивающих резкое различие между реакционными способностями групп, принадлежаших двум другим сомономерам. В этом случае с интермономером взаимодействуют сначала один сомономер, а после его исчерпывания – другой.
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА:
Блоки Аи В, из которых построены макромолекулы термоэластопластов, характеризуются достаточно высокоми степенями полимеризации, причем молекулярная масса полиденовых блоков значительно больше, чем поливинилароматических. Так, в линейных термоэластопластахс оптимальными физико-механическими свойствами поливинилароматические блоки атактического строения имеют молекулярную массу в пределах от 6 до 50 тысяч ( соответствующая температура стеклования полистирола 80-100°С), полидиеновые блоки 40-120 тыс. (температуры стеклования полибутадиена от 90-до 100°С при содержании 40-45% цис-1,4-звеньев и 8-12% 1,2-звеньев, полиизопрена - от 60 до 70°С при содержании 70-80% цис-1,4-звеньев и 15-25 транс-1,4-звеньев).
У поликонденсационных термоэластопластов обладающих, как правило, линейной структурой, молекулярные массы гибкоцепных блоков могут изменяться от 3-7 тыс.( полиуретановые термоэластопласты) до нескольких десятков тысяч(арилат-силоксановые, ариленсульфоноксид-силоксановые термоэластопласты).
Гомополимеры, образующие термоэластопласты, термодинамически несовместимы. Поэтому термоэластопласты являются своего рода двухфазными системами; это подтверждается наличием двух четких максимумов на температурной завасимостидинамическо0механических потерь. Так, в диен-винилароматических термоэластопластов при содержании диена более 50% поливинилароматические блоки образуют стеклообразные домены, регулярно расположенные в непрерывной фазе( матрице) полидиена.домены играют роль соединительных узлов ( аналогично поперечным химическим связям, например серным мостикам в вулканизационной сетке), в связи с чем термоэластопласты при температурах ниже температуры стеклования жесткоцепного блока, например полистирольного, способны к высокоэластичным деформациям. Повышение температуры выше температуры стеклования полистирола сопровождается появлением у полистирольных блоков сегментальной подвижности, размягчением доменов и ослаблением их функции соединительных «узлов».в результате термоэластопласты становятся становятся типичными термопластами.
По сравнению с непрозрачными смесями двух гомополимеров соответствующие термоэластопластам аналогичного состава прозрачны из-за малого размера доменов (200-400А) однако коэффициент преломления матрицы и домена различны.
Варьированием соотношения компонентов изменяют свойства термоэластопластов достаточно плавно и в широких пределах. Так, с увеличением содержания полистирола от 20 до 80% в термоэластопластах на основе стирола и бутадиена ( молярная масса полибутадиеновых блоков 70 тыс.) прочность при растяжении проходит через максимум при содержании стирола 30%, относительное удлинение уменьшается от 990 до 10%, твердость по Шору возрастает от 66 до 100.это изменение соответствует постепенному переходу от «недовулканизованного каучука» (содержание стирола 15%) к термоэластопласту (20-40% стирола) и, наконец, к термопластичному полимеру (60-80%).
Кроме соотношения компонентов, большое влияние на свойства термоэластопластов оказывает молярная масса блоков, в первую очередь эластомерного. Так, достаточно высокие показатели прочности при растяжении и эластичности реализуются у термоэластопластов на основе полистирола и каучуков, начиная с молярной массы блоков полистирола 7-15 тыс. и блоков каучука 20-80 тыс. Выше этих значений изменение молярной массы блоков в достаточно широких пределах мало сказывается на свойствах термоэластопластов.
При введении в подобные термоэластопласты до 20% гомополимера стирола с молярной массой, близкой к молярной массе полистирольных блоков, прочностные свойства термоэластопластов почти не меняются, однако они резко ухудшаются при введении уже 5% сополимера АВ или гомополимера диена.
Расплавы термоэластопластов характеризуются высокими значениями вязкости.
Свойства некоторых термоэластопластов приведены в таблице.
Свойства различных типов термоэластопластов
| Состав термоэластопласта | Прочность при растяжении,Мн\м2 | Относительное удлинение, % | Твердость по Шору | Модуль при 300% удлинении, Мн\м2 |
| Полистирол-полиизопрен-полистирол(29% стирола)…………..Полистирол-полибутадиен-полистирол(30% стирола)…………..Полистирол-полибутадиен; разветвленный, типа солпрен(30% стирола)…………..Полисульфон-полисилоксан-полисульфон(28% полисилоксана)…..Полиариленсульфон-полисилоксан-полиариленсульфон(67%полисилоксана) | 323121339 | 111088070012500 | 667280-- | 1.12.43.0120.14 |
Термоэластопласты недостаточно стабильны при действии тепла и атмосферных факторов, в том числе озона. Поэтому в термоэластопласты вводят антиоксиданты, например 2,6-ди-трет-бутил----4-метилфенол(ионол); стабилизаторы- наиболее эффективны производные бензтриазола; антиозонанты- дибутилтиомочевина и дибутилдитиокарбамат никеля. Эффективно также введение добавок озоностойких полимеров (полиэтилена, этилен-пропиленового каучука, сополимера этилена с винилацетатом и др.).
Термоэластопласты совмещаются с другими полимерами и олигомерами, в них можно вводить, как и в обычные каучуки, различные минеральные наполнители и пластификаторы, например масла.
Переработка и применение:
Термоэластопласты можно перерабатывать как методами, обычными для термопластов (литье под давлением, экструзия), так и методами, характерными для эластомеров – вальцеванием, каландрованием. Стирол – бутадиеновые термоэластопласты менее деструктируют при вальцевании, чем стирол-изопреновые, термическая деструкция которых с заметной скоростью протекает при температурах 70-130°С. Оптимальная температура переработки этих термоэластопластов литьем и экструзией 150-200°С ; при более низких температурах может протекать интенсивная механодеструкция, при более высоких – окисление.