Термореактивные пластмассы — пластмассы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала. Эти полимеры нельзя повторно расплавить и поэтому их сложно переработать.
Эти материалы изготавливаются на основе химически затвердевающих термореактивных смол формальдегидных, аминоальдегидных, эпоксидных, полиамидных, полиэфиров, кремнеорганических, которые являются связующим веществом. Смолы склеивают как отдельные слои наполнителя, так и элементарные волокна, воспринимая нагрузку одновременно с ними. Кроме того, в состав реактопластов 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 порошковыми наполнителями относятся: фенопласты (ГОСТ 5689-79) и аминопласты (ГОСТ 9359-80). Из них изготавливают несиловые конструкционные и электроизоляционные детали (рукоятки, детали приборов, кнопки и т. д.), различные вытяжные и формовочные штампы, корпуса сборочных и контрольных приспособлений, литейные модели и другую оснастку.
Фенопласты (бакелиты) - пластмассы, получаемые при отверждении при повышенных температурах фенолформальдегидных смол в комбинации с наполнителями. В зависимости от типа смолы фенопласты делятся на новолачные и резольные. Эта пластмасса хорошо обрабатывается механически инструментами 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, коптящий в зависимости от вида наполнителя. В процессе горения выделяются фенол и формальдегид с характерным запахом.
Бакелит стоек к воздействию разбавленных кислот, щелочей и большинства органических растворителей. Из бакелита изготавливают изделия галантереи (пуговицы), электротехнические элементы (вилки, розетки), корпуса аккумуляторов, радио-, телефонных и аппаратов, детали стиральных машин, защитные шлемы, лаки, клеи. автомобильные запчасти, печатные платы.
Аминопласты - пластмассы на основекарбамидо-формальдегидных и меламино-формальдегидных смол. Эти смолы имеют реактивные группы −СН2ОН, которые под влиянием нагрева или кислотных катализаторов способны к конденсации, в результате которой смолы упрочняются, что делает их твердыми и жесткими. Их можно полировать и механически обрабатывать, они имеют хорошие электроизоляционные свойства, легко окрашиваются. Теплостойкость - около 100−120°С. Они стойки к воздействию воды, кислот (в том числе серной и азотной), щелочей и органических растворителей. Из аминопластов изготавливают клеи для дерева, электротехнические детали (розетки, выключатели) и галантерею, тонкие покрытия для украшения, лаки, пенистые материалы.
Полиуретан - полимер, макромолекула которого уретановую группу —N(R)—C(O)O—, где R - алкилы, арил или ацил. Этот полимер используются в качестве заменителей резины при производстве изделий, работающих в агрессивных средах, в условиях больших знакопеременных нагрузок и температур. Диапазон рабочих температур от −60 °С до +80 °С. Полиуретан обладает высокой эластичностью, вязкостью, износостойкостью, не подвержен образованию микроорганизмов и плесени, обладает стойкостью к маслам и растворителям, стареет медленнее, чем резина.
Из полиуретана можно изготавливать изделия любой формы и размеров литьем, прессованием, экструзией, заливкой. Полиуретан представлен на рынке во множестве форм: жидкий, вспененный (поролон, пенопласт), твердый (в виде листов, пластин, стержней и пр.), напыляемый (полимочевина). На данный момент полиуретан является одним из самых востребованных полимеров в крупнейших сегментах промышленности.
| промышленность | изделия |
| тяжелая | амортизирующие прокладки для станков и агрегатов |
| строительство | вибростойкие полы, антискользящие покрытия, фасадные системы |
| автомобильная | шины, сайлентблоки, валы, ролики, пружины, втулки, подшипники, маслостойкие детали, шестерни, мембраны, автомобильные сидения и пр. |
| мебельная | изготовление матрасов, крепежных элементов |
| текстильная и обувная | коврики, искусственные кожи, подошвы |
| медицина | (имплантаты, протезы) |
Эпоксидная смола — химическое соединение, которое после добавления отвердителя превращается в очень прочный полимер. Свойства эпоксидной смолы зависят от марки смолы, отвердителя, условий отверждения и т.д. Основные свойства эпоксидных смол:
- высокая прочность (40-90 МПа);
- хорошие адгезивные свойства;
- водонепроницаемость;
- устойчивость к большому ряду агрессивных химических веществ;
- небольшая масса готовых изделий.
Эпоксидная смола используется для:
- изготовление композитных соединений (стеклопластик, углепластик);
- наливные (полимерные) полы;
- дизайнерская мебель;
- электроизоляция;
- гидроизоляция (создание водозащитных покрытий бассейнов);
- декоративно-прикладное искусство (броши, кулоны, кольца, серьги и др.);
- диорамы, модели, поделки;
- изготовление прочных пропиток и покрытий для древесины и др. материалов.
Полиэстры являются полимерами, полученными из полиосновных кислот (НООС−R1−СООН) и полигидроксильных спиртов (НО−R2−ОН) путем поликонденсации. Механические свойства полиэстра зависят от строения исходной смолы и способа ее отверждения. Изделие может быть гибким, эластичным или твердым и хрупким. Твердые изделия можно подвергать механической обработке инструментами по дереву, а также полировать.
Из полиэстров, упрочненных стекловолокном, изготавливают спасательные лодки, части автомобилей, мебель, корпуса планеров и вертолетов, гофрированные плиты для крыш, плафоны ламп, мачты для антенн, лыжи и палки, удочки, защитные каски и т. п.
В виде текучих смол полиэстры применяют для заливки частей электронной аппаратуры, мумификации анатомических препаратов, изготовления лаков и т. п.
Полимерными композиционными материалами (ПКМ) называют системы, состоящие из полимерной матрицы (связующего) и упрочняющего наполнителя в виде волокон или порошкообразных веществ. Из ПКМ сегодня изготавливают баллоны для сжатых газов, корпусы ракетных двигателей, цистерны для нефтепродуктов, лопасти винтов вертолетов, трубы для химических веществ, авиационные шасси, волноводы, понтоны, корпусы лодок, ракетки для тенниса, ружейные стволы, удочки, печатные электросхемы, рессоры автомобилей и многие другие изделия. ПКМ с углеродными волокнами используют в качестве конструкционных радиационно-стойких материалов для рентгеновской аппаратуры и космических приборов, изготовления контейнеров, используемых в ядерных экспериментах (графит имеет малое сечение захвата нейтронов). Химическая стойкость углепластиков позволяет применять их в производстве кислотостойких насосов, уплотнений и т.д.
Кроме высоких механических характеристик и низкого удельного веса ПКМ обладают стойкостью к воздействию кислот, щелочей, органических растворителей, масел и морской воды. Они технологичны, обладают высокой демпфирующей способностью и вибростойкостью, радиопрозрачностью, тепло- и электроизоляционными свойствами, нечувствительностью к магнитному полю. При использовании стеклянных, углеродных, борных, карбидокремниевы волокон при армировании ПКМ резко повышается жесткость пластиков. Она приближается к значениям, характерным стали. Основной недостаток ПКМ - ограниченный температурный интервал эксплуатации.
Слоистые пластики, представляющие собой композиции из чередующихся слоев связующей смолы и листового или волоконного наполнителя, который пропитывают смолой, сушат, режут по размеру и прессуют горячим способом, получая плиты, а в пресс-формах – заготовки или детали. Благодаря слоистому расположению армирующего наполнителя слоистые пластики обладают анизотропией механических, физических и диэлектрических свойств. Механические свойства слоистых пластиков определяются видом используемого наполнителя, диэлектрические - от типа полимерного связующего.
Гетинакс - электроизоляционный прессованный материал, имеющий бумажную основу, пропитанную фенольной или эпоксидной смолой. Используется как основа печатных плат, электрических изоляторов, изолирующих шайб, прокладок и прочее в электро- и радиотехнике, диапазон температур от −65 до +105 °С,
Текстолит- композитный материал на основе ткани и полимерного связующего вещества (бакелита, полиэфирной смолы, эпоксидной смолы). Текстолит изготавливается по ГОСТ 5-78 в виде плит (листов), стержней и втулок. Он бывает нескольких марок, которые имеют различное применение:
| обозн. | наименование текстолита | применение текстолита |
| ПТ | поделочный | деталей, работающих при невысоких механических нагрузках |
| стержневой поделочный | для изготовления декоративных рукояток ножей | |
| ПТК | поделочный конструкционный | червячные шестерни, втулки, подшипники скольжения, кольца, ролики и др. |
| ПТМ | поделочный стойкий к трансформаторному маслу | изделия, устойчивые к высоким температурам и воздействию смазочных масел (втулки, шестерни, кулачки, подшипники |
| марки А и Б | текстолит электротехнический | марка А - изоляционный материал, печатные платы марка Б - конструкционный материал |
| ПТН | на основе нетканого нитепрошивного полотна | детали общего назначения, монтажные панели, прокладки |
| ПТГ | на основе графита | уплотняющие шайбы для водяных насосов |
Стеклотекстолитами - пластики на основе тканых стекловолокнистых материалов, связующее вещество – синтетическая смола. Применяют для деталей любой конфигурации, работающих при температурах от -60 ° до 200 °С.
Они характеризуются высокой тепло- и хладостойкостью, стойкостью к действию окислителей и других химически активных реагентов, высокими механическими свойствами. Стеклотекстолиты применяют для изготовления крупногабаритных силовых изделий (несущих деталей летательных аппаратов, кузовов и кабин машин, железнодорожных вагонов, корпусов лодок, судов и т. п.), радиотехнических и электроизоляционных деталей.
Углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ) выполняют на основе углеродных волокон в виде жгутов и лент. Из УУКМ изготавливают
| промышленность | |
| металлургическая | пресс-формы для горячего прессования тугоплавких металлов и сплавов; |
| машиностроение | подшипников скольжения (марки НИГРАН, НИГРАН-В на основе графитов, пропитанных полимерными связующими) |
| медицина | армирующие пластинки для соединения костей при переломах, изготовления сердечных клапанов, имплантируемых зубов, зубных протезов. |
| электротехника | для создания нагревательных элементов до температура 3000°С токопроводящие, теплозащитные материалы |
Боропластики (бороволокниты) - это ПКМ с арматурой из борных волокон, диаметром 90 - 150 мкм, в то время как диаметр элементарных углеродных волокон 5 - 7 мкм. Борную арматуру применяют в виде арматурных нитей, лент, листового шпона и тканей. Борные волокна относятся к классу полупроводников, что позволяет получать ПКМ со сравнительно высокими значениями тепло- и электропроводности. Применяются боропластики, как и углепластики, в космической и авиационной технике. Их высокая прочность и жесткость при сжатии используется при конструировании несущих частей летательных аппаратов - балок, панелей, лопастей несущих и хвостовых винтов, в трансмиссионных валах вертолетов, в стойках шасси, обшивке крыльев самолетов и фюзеляжа, в дисках компрессоров газотурбинных двигателей.
Металлопластики - это ПКМ, содержащие в качестве наполнителя металлические волокна (стальная или бериллиевая проволока), что дает таким ПКМ высокую ударную вязкость. Они слабо разупрочняются во время эксплуатации. Металлические волокна часто добавляют в боро- и углепластики. Это повышает вязкость разрушения, сопротивление распространению трещин, эрозионную стойкость, теплозащитные характеристики.
Асботекстолит имеет хорошие фрикционные свойства. Наполнитель – асбест, связующее вещество – формальдегидная смола. Применяют для колодок тормозов, механизмов сцепления и прокладок для работы при повышенных температурах, в авиационной и космической технике для внешней и внутренней теплозащиты.
ДСП - древесно-слоистые пластики. Наполнитель – тонкие листы древесного шпона, пропитанные феноло- и крезольно-формальдегидным смолами и спрессованные в виде листов и плит. Используются при изготовлении мебели, для внутренней облицовки пассажирских поездов, судов, самолетов, при строительстве - в качестве облицовочного материала.