Термореактивные полимеры и материалы на их основе

Термореактивные полимеры (смолы) применяются в качестве связующих веществ, в которые вводят обычно отвердители, наполнители, пластификаторы и другие модифицирующие добавки. Основными требованиями к связующим веществам являются: высокая клеящая способность (адгезия), химическая стойкость, теплостойкость, хорошие электроизоляционные свойства и другие. В производстве пластических масс, композитов, клеев, лакокрасочных материалов и покрытий, компаундов и других видов материалов наиболее широко используются фенолоальдегидные, эпоксидные, полиэфирные и кремнийорганические смолы.

Фенолоформальдегидные смолы (ФФС)

Фенолоформальдегидные смолы (ФФС) получаются путем реакции поликонденсации фенола и формальдегида. В зависимости от количественного соотношения фенола и формальдегида и типа катализатора получают термопластичную - новолачную (новолак) и термореактивную - резольную (бакелит) смолы.

Новолачные смолы (НС) получают поликонденсацией формальдегида с избытком фенола в присутствии кислого катализатора ( HCl, H₂ SO₄ ). В новолачных смолах фенольные ядра связаны только метиленовыми мостиками:

OH OH OH OH

| | | |

(n+1) О + n CH₂O ® О - CH₂ - Î - CH₂ - О + nH₂O

где n - степень поликонденсации (n = 4 - 8).

При обработке уротропином - ( СН₂)₆ N₄ или формальдегидом новолачные смолы переходят в неплавкое и нерастворимое состояние.

Резольные смолы (РС) получают поликонденсацией фенола с избытком формальдегида в основной среде (КОН, NаОН):

OH OH OH

| | |

OH - H₂C О -СH₂ - О - СH₂ - О - CH₂ - OH

| |

CH₂OH CH₂OH

Резольные смолы - смесь линейных и разветвленных олигомеров с молекулярной массой от 400 до 1000.

РС содержат достаточное количество собственных реакционноспо­соб­ных (метилольных) групп – СН₂ОН и поэтому они отверждаются самопроизвольно при нагревании.

Резольные и новолачные смолы заметно отличаются по свойствам в исходном состоянии и в процессе отверждения, но мало отличаются по свойствам в отвержденном состоянии. Механические и электроизоляционные свойства у резитов полученных из РС выше, чем у резитов, полученных из НС с уротропином и поэтому новолачные смолы с уротропином применяют для изготовления деталей менее ответственного назначения.

Новолачные смолы применяют для изготовления пресс-порошков, пресс-материалов с волокнистым и листовым наполнителем, изоляционных твердеющих мастик, пенопластов и др. материалов. В этих случаях вводятся уротропин (4- 15 %), который является отвердителем при нагревании до 150⁰ – 180⁰ С.

Резольные смолы при хранении на холоде переходят в неплавкое и нерастворимое состояние, а при нагревании быстро отверждаются. РС применяются для производства слоистых пластиков (гетинакс, текстолит), электроизоляционных пресс-порошков, ударопрочных материалов, замазок, клеев.

Из фенолоформальдегидных пресс-порошков, пресс-материалов с волокнистым и листовым наполнителем получают пластические массы - фенопласты.

Эпоксидные смолы

Эпоксидные смолы (ЭС), содержащие в молекулах две или более окисные группы типа, С – С , включают множество разнообразных\

\ /

O

соединений.

Чаще всего они являются сравнительно низкомолекулярными полимерами (олигоме­рами), которые переходят в неплавкое и нерастворимое состояние под влиянием веществ, химически с ними взаимодействующих (отвердителей) и катализаторов.

Основными среди них являются ароматические эпоксидные смолы, получаемые на основе дифенилолпропана и эпихлоргидрина, имеющие следующую формулу: Н₂С - СН - СН₂ - R - СН₂ - СН - СН₂

\ / \ /

O O

где R- радикал.

Отличительной особенностью ЭС является их способность отверждаться как при нагревании, так и при обычной температуре.

В отвержденном состоянии ЭС обладают комплексом ценных свойств: механической прочностью, химической стойкостью, высокой адгезией к различным материалам, хорошими диэлектрическими свойствами, малой усадкой, высокой нагревостойкостью.

В зависимости от типа отвердителя отверждение ЭС может производиться либо при нагреве (обычно до 80 - 150⁰С), либо при комнатной температуре (хо­лод­ное отверждение). Отверждение может проводиться без внешнего давления или при повышенном давлении.

Наиболее распространенными отвердителями для холодного отверждения являются азотосодержащие вещества (амины), а для отверждения при нагреве - ангидриды органических кислот и др.

ЭС применяются для изготовления пропиточных и заливочных компаундов, клеев, лакокрасочных материалов, пластмасс, волокнистых композиционных материалов, слоистых пластиков и т.п.

Полиэфирные смолы

Полиэфирные смолы (ПЭС) представляют собой растворы ненасыщенных полиэфиров с молекулярной массой 700-3000 в мономерах или олигомерах, способных к сополимеризации с этими полиэфирами.

Основная масса промышленных полиэфирных смол представляют собой продукты поликонденсации гликолей с малеиновым и фталевым ангидридами.

… - О - С - СН = СН - С - О - …

|| ||

О О

ПЭС отверждают, сополимеризуя их с различными мономерами, например со стиролом, или со способными к сополимеризации олигомерами, которые служат одновременно и растворителями и отвердителями. Отвержденние ПЭС осуществляется за счет разрыва двойной связи между атомами углерода в цепи как при обычной, так и повышенной температурах (80 - 150⁰С) в присутствии различных инициаторов (перекисных и других соединений).

В зависимости от состава, химического строения и молекулярной массы (500-3000) ПЭС представляют собой вязкие жидкости или твердые вещества различной окраски (бесцветные, светло-желтые, темно-красные, коричневые), растворяющиеся в кетонах, эфирах, хлорированных углеводородах и других растворителях.

Свойства отвержденных ПЭС зависят от химического состава и строения сомономеров, мол. массы, условий сополимеризации и других факторов. Одним из важнейших свойств ПЭС - теплостойкость, которая возрастает при увеличении плотности сшивки.

ПЭС обладают ценным комплексом свойств: небольшой вязкостью, способностью отверждаться при обычной и повышенной температурах без выделения побочных продуктов, а материалы на их основе в отвержденном состоянии характеризуются высокими механическими и электроизоляционными свойствами, высокой стойкостью к действию воды, кислот, бензина, масел и других сред.

ПЭС используются в основном в качестве связующих в производстве стеклопластиков, а также основы клеев, лаков, заливочных составов и других композиций.

Кремнийорганические смолы

Кремнийорганические смолы представляют собой элементорганические соединения, состоящие из неорганических цепей с органическими боковыми группами. Главные цепи этих соединений состоят из чередующихся атомов кремния и кислорода, азота, серы, металлов и т.д.

К наиболее распространенным кремнийорганическим полимерам относятся:

R

|

Полиорганосилоксаны …- Si - O - …

|

R

Кремнийорганические смолы отверждаются при введении отвердителей и катализаторов по механизму поликонденсации при повышенных температурах (250⁰С).

Основными преимуществами кремнийорганических пластмасс является высокая термостойкость, радиопрозрачность и стабильность диэлектрических свойств при температурах до 300⁰С.

В качестве наполнителей в кремнийорганических материалах используют неорганические (минеральные) порошкообразные наполнители (двуокись титана, кварцевая мука и т.п.), асбест, стеклянные, кремнеземные и кварцевые волокна и ткани на основе этих волокон.

Кремнийорганические связующие используют для получения пресс-материалов, стеклотекстолитов, компаундов, лакокрасочных и других видов материалов.

Стеклотекстолиты способны длительно (2000 час.) работать при 300⁰С и кратковременно (5-30 мин.) - при 600-700⁰С без изменения свойств и обладают удовлетворительными механическими и хорошими диэлектрическими свойствами.

Широкое применение кремнийорганические смолы нашли в производстве герметиков, заливочных и пропиточных компаундов, а также композиций различного назначения.

Лекция № 6

Поиск по сайту: