Пластмассы на основе этих смол отличаются повышенной прочностью, не склонны к ползучести, не способны работать при повышенных температурах. Смолы в пластмассах являются связкой и обладают высокой клеящей способностью, теплостойкостью, химической в агрессивных средах, электроизоляционными свойствами, доступной технологией переработки, малой усадкой при затвердевании.
Эпоксидные смолы – олигомеры, содержащие эпоксидные группы и способные под действием отвердителей (полиаминов и др.) образовывать сшитые полимеры.
В чистом виде эпоксидные смолы – вязкие жидкости, способные длительное время сохранять свойства без изменений. Они растворяются во многих органических растворителях (ацетон, толуол и др.) и нерастворимы в воде, бензине. В присутствии отвердителей (амины, их производные, ангидриды карболовых кислот и др.) эпоксидные смолы быстро затвердевают, приобретая сетчато-пространственное строение. Отверждение смолы — полимеризационный процесс, без выделения воды или низкомолекулярных веществ, и развивается равномерно в весьма толстом слое.
Тип отвердителя определяет условия процесса отверждения либо при комнатной температуре, либо при нагреве до 80—150 °С. Получению монолитной массы затвердевшей эпоксидной смолы способствует сравнительно малая, всего 0,5—2%, усадка. Обнаруживает высокую адгезию ко многим материалам: стеклу, металлам, некоторым пластмассами др.
Фенолформальдегидные смолы - синтетические смолы из группы феноло-альдегидных смол со свойствами реактопластов. Являются жидкими продуктами поликонденсации фенола с формальдегидом в щелочной или кислой среде (новолачные и резольные смолы (бакелиты), что соответственно влияет на их свойства.
П олиэфирная смола – продукт, который получают в результате переработки (так называемой поликонденсации) многоатомных спиртов, кислот, а также ангидридов и растительных масел.
Эти смолы находят широкое применение практически во всех отраслях промышленности (машиностроение, судостроение), в строительстве, в производстве спортивного снаряжения (шлемы, доски для серфинга) и во многих других сферах.
Пластмассы
Пластмассы – это материалы, полученные на основе полимеров, выполняющих роль связующего и определяющих их свойства.
Пластмассы являются важнейшими современными конструкционными материалами.
Достоинства пластмасс:
– малая плотность (до 2 г/см³);
– высокая удельная прочность;
– низкая теплопроводность;
– химическая стойкость;
– хорошие электроизоляционные и звукоизоляционные свойства;
–хорошие технологические свойства: легко формуются, прессуются, обрабатываются резанием, их можно склеивать и сваривать;
– некоторые пластмассы обладают оптической прозрачностью, фрикционными и антифрикционными свойствами, стойкостью к истиранию и др.
Недостатки пластмасс:
– низкая теплостойкость;
– низкая ударная вязкость;
– склонность к старению для ряда пластмасс.
Исходными материалами для получения пластических масс служат дешёвые продукты переработки каменного угля, нефти и природного газа.
Пластмассы состоят из следующих компонентов:
1. Связующее – полимер, выполняющий функции основной матрицы. синтетические смолы фенолоформальдегидные (фенопласты); эпоксидные; полиамидные; полиуретановые; стирольные, эфиры, целлюлоза.
Некоторые пластмассы состоят только из одной связки (полиэтилен, фторопласты, органическое стекло).
2. Наполнители – порошкообразные, волокнистые и другие низкомолекулярные вещества (олеиновая кислота, стеарин, дибутилфторат и др.).
Наполнители повышают механические свойства (твёрдость HB, σВ, σТ), снижают усадку при прессовании и придают материалу те или иные специфические свойства.
Наполнители подразделяются на:
– порошковые (сажа, графит, древесная мука);
– волокнистые (волокна, стекловолокна, асбоволокна);
− слоистые (бумага, ткань, стеклоткань);
− газовые (газонаполненные: поропласты, пенопласты, сотопла-
сты);
3. Пластификаторы – жидкие вещества, добавляемые для повышения эластичности материала и улучшения обрабатываемости;
4. Отвердители – вещества, приводящие к быстрому отверждению двухкомпонентной эпоксидной смолы (амины);
5. Стабилизаторы, предотвращающие или замедляющие процесс старения
6. Красители – для изменения цвета пластмасс (обычно оксиды металлов).
Пластмассы классифицируются по следующим признакам:
1. По характеру связующего веществ:
– термопластичные (термопласты);
– термореактивные (реактопласты).
Термопласты получают на основе термопластичных полимеров. Они при неоднократном нагревании и охлаждении каждый раз размягчаются и затвердевают. Термопласты удобны для переработки (при нагревании пластифицируются), отличаются большой упругостью, малой хрупкостью.
Реактопласты при нагревании размягчаются, затем ещё до охлаждения затвердевают (вследствие протекания химических реакций) и при повторном нагревании остаются твёрдыми. Отличаются хрупкостью, могут дать усадку до 15%.
- По виду наполнителя
– порошковые (карболиты) - с наполнителем в виде древесной муки, графита, талька.
– волокнистые – с наполнителем из очесов хлопка и льна (волокниты); стеклянных нитей (стекловолокниты); асбеста (асбоволокниты).
– слоистые – с листовым наполнителем: бумажные листы (гетинакс); хлопчатобумажные ткани, стеклоткани, асбестовые ткани (текстолит, стеклотекстолит, асботекстолит).
– газонаполненные – с воздушным наполнителем (пенопласты, поропласты).
Порошковые пластмассы на основе фенол-формальдегидных смол. В качестве наполнителя используют органические порошки (древесная мука, порошкообразная целлюлоза) и минеральные порошки (молотый кварц, тальк, цемент, графит). Эти пластмассы обладают невысокой прочностью, низкой ударной вязкостыо, электроизоляционными свойствами.
Пластмассы с органическими наполнителями применяются для ненагруженных деталей общетехнического назначения – корпусов приборов, рукояток, кнопок.
Минеральные наполнители придают порошковым пластмассам химическую стойкость, водостойкость, повышенные электроизоляционные свойства.
Волокнистые пластмассы представляют собой композиции из волокнистого наполнителя, пропитанного феноформальдегидной смолой. Они делятся на волокниты, асбоволокниты и стекловолокниты.
Волокниты – пластмассы на основе волокон, пропитанных фенолоформальдегидной смолой. В качестве волокнистых наполнителей используются хлопковые очесы (волокниты). асбестовое волокно (асбоволокниты), стекловолокно (стекловолокниты).
Применяются они для изготовления изделий общетехнического назначения с повышенной стойкостью к вибрациям и ударным нагрузкам, работающих на изгиб и кручение, например, шкивов ременных передач, фланцев, рукояток, крышек и др.
Асбоволокниты – композиты, содержащие волокнистый минерал – асбест, расщепляющийся на тонкие волокна диаметром до 0,5 мкм. В качестве связующего используются фенолоформальдегидные и кремнийорганические смолы. Они обладают высокой ударной вязкостью и теплостойкостью до200 °С, имеют хорошие фрикционные свойства. Применяются в основном в качестве материалов для тормозных устройств (тормозные колодки, накладки, диски сцепления).
Асбоволокниты на фенолоформальдегидной основе используются для производства высокопрочных теплостойких электротехнических деталей (электрические панели, коллекторы)
Стекловолокниты – представляют собой пластмассы, содержащие в качестве наполнителя стекловолокна. Применяются стекловолокна диаметром 5...20 мкм высокопрочные с временным сопротивлением до 3800 МПа и высокомодульные, имеющие предел прочности до 4700 МПа и модуль упругости при растяжении до 110 ГПа.
Используют волокна, нити, жгуты разной длины, что во многом определяет ударную вязкость стекловолокнита. Механические свойства стекловолокнитов зависят от состава, количества и длины стекловолокна, типа связующего, метода переработки.
Из стеклопластиков изготавливают крупногабаритные корпусные детали (кузова автомобилей, лодки, корпусные детали приборов и т. п.), элементы щитков, изоляторов, штепсельных разъемов, и т. д. Изделия, эксплуатируемые при температурах от -60 до +200 °С, изготавливают на основе фенолоформальдегидных смол а для температурного диапазона –60…+100 °С на основе эпоксидных смол.
Стекловолокниты на основе кремнийорганических смол эксплуатируются до температуры 400 °С.
Слоистые пластмассы получают прессованием (или намоткой) слоистых наполнителей, пропитанных смолой. Они обычно выпускаются в виде листов, плит, труб, из которых механической обработкой получают различные детали.
Текстолит – это материал, полученный прессованием пакета кусков хлопчатобумажной ткани, пропитанной смолой. Обладает хорошей способностью поглощать вибрационные нагрузки, электроизоляционными свойствами. Теплостоек до 80 °С.
Стеклотекстолит отличается от текстолита тем, что в качестве наполнителя используется стеклоткань. Более прочен и теплостоек, чем текстолит, имеет лучшие электроизоляционные свойства. В асботекстолите наполнителем является асбестовая ткань. Кроме электроизоляционных, он имеет хорошие теплоизоляционные и фрикционные свойства.
Гетинакс представляет собой материал, полученный прессованием нескольких слоёв бумаги, пропитанной смолой. Он обладает электроизоляционными свойствами, устойчив к действию химикатов, может применяться при температуре до 120–140°С.
Газонаполненные пластмассы представляют собой материалы на основе синтетических смол, содержащие газовые включения. В пенопластах поры, заполненные газом, не соединяются друг с другом и образуют замкнутые объёмы. Они отличаются малой плотностью (0,02…0,2 г/см3), высокими тепло-,звуко- и электроизоляционными свойствами, водостойкостью. Недостатки пенопластов – низкая прочность и низкая теплостойкость (до 60 °С). Используются для теплоизоляции и звукоизоляции, изготовления непотопляемых плавучих средств, в качестве лёгкого заполнителя различных конструкций. Мягкие виды пенопластов используются для изготовления мебели, амортизаторов и т.п.
Поропласты – это газонаполненные пластмассы, поры которых сообщаются между собой. Их плотность составляет 0,02…0,5 г/см3. Они представляют собой мягкие эластичные материалы, обладающие водопоглощением.