10.2.3. Пластмаси на основі продуктів поліконденсації і ступеневої полімеризації

Поліконденсацією називають хімічний процес сполуки одна­кових чи різнорідних молекул з утворенням високо-молекулярних сполук. У ході реакції виділяється побічна низькомолекулярна ре­човина: вода, аміак, хлористий водень та ін. Тому сполука елемен­тарної ланки полімеру не відповідає сполуці вихідних мономерів.

Ріст ланцюга носить ступеневий характер: пари молекул утво­рюють димери; димери, приєднуючи третю молекулу, утворю­ють тримери і т.д. У той же час димери, тримери й інші полімери можуть з'єднуватися в ланцюзі. Реакція поліконденсації пе­ребігає за допомогою каталізаторів.

При ступеневій полімеризації побічні продукти не утворю­ються (сполука елементарної ланки полімеру відповідає сполуці вихідного мономера); молекули збільшуються від перескоку ато­му водню чи групи атомів від однієї молекули до іншої. В ролі ка­талізаторів застосовують воду, іноді з лугом чи кислотою, що сприяє рухливості атома водню.

Фенопласти. Фенопластами називають пластмаси, отримані на основі фенолоальдегідних смол, частіше з наповнювачами.

Фенолоальдегідні смоли одержують поліконденсацією фено­лу СНОН чи його похідних (крезолу СНСНОН, ксиленолу СН (СН)ОН або резорцину СН(ОН) з формальдегідом СНО чи з фурфуролом СНО).

У залежності від співвідношення фенолу й альдегіду одержу­ють два роди фенолоальдегідних смол: новолачні і резольні.

Новолачні смоли одержують при поліконденсації з надлиш­ком фенолу (відношення фенолу до альдегіду в молях — 6:5 чи 7:6) і при кислому каталізаторі (соляна, щавелева й інші кислоти). Новолачні смоли термопластичні, вони розчиняються в спирті й ацетоні; випускають їх у порошковому виді.

438

Резольні смоли одержують при поліконденсації з надлишком альдегіду (відношення альдегіду до фенолу 6:5 чи 7:6) і при луж­ному каталізаторі (їдкий натр, їдке калі). Резольні смоли термо­реактивні: при нагріванні вони стають неплавкими і нерозчинни­ми. Продукти термічної реакції резольних смол називають рези­тами. Особливість резитів, що відрізняє їх від термопластів, — відсутність плинності (деформації під навантаженням), що визна­чає в звичайних умовах стабільність форми і розмірів виробів. Ця властивість резитів — одне з найважливіших, як і для інших ма­теріалів, з яких виготовляють деталі в машинобудуванні. Однак резити тендітні, особливо з мінеральними наповнювачами. Щоб перебороти їх крихкість, фенолоальдегідні смоли сполучають з термопластами (поліамідами, синтетичним каучуком та ін.). Ударна в'язкість прес-порошків на основі сполучених смол скла­дає (9... 12) замість 2-2,5 для простих резитів.

Резольні смоли одержують не тільки шляхом резольної кон­денсації, але й обробкою новолачних смол формальдегідом чи уротропіном (CH)N. їх застосовують у виді порошку й емульсії в обробній промисловості, а також як зв'язну основу в сполучен­нях з іншими матеріалами для пресування, для лиття різних ви­робів і для виготовлення клеїв і лаків.

Литі фенолоальдегідні смоли без наповнювачів — резити — у промисловості застосовуються мало і використовуються голо­вним чином у галантереї.

Формувальний матеріал на основі резольної смоли з напов­нювачами — азбестом, чи піском графітом — зветься фаоліт. З фаоліта роблять кислотно стійкі труби, ванни й листи. Підготов­лені до переробки у вироби сполуки називають пресматеріаламй. Сполучна смола для складання пресматеріалів застосовується у виді порошку, розчинів смоли (лаків) і емульсії.

Пресматеріали за родом наповнювача поділяють на преспо-рошки (порошкоподібний наповнювач), волокніти (довговолок­нистий наповнювач) і шаруваті фенопласти із шарів (листові на­повнювачі).

Преспорошки з фенопластів на основі новолачної смоли з де­ревинним борошном широко застосовують для виготовлення де­талей електроосвітлювальної і телефонної апаратури, для заліз­них виробів та інших побутових приладів.

Фенопласти на основі резольной смоли і порошкових дере­винних і мінеральних наповнювачів з гарними діелектричними

439

властивостями застосовують для деталей в електротехніці і радіотехніці. За мірою заміни деревинного борошна мінеральни­ми наповнювачами росте водостійкість і теплостійкість виробів, але зменшується їхня міцність.

Волокніти — волокнисті наповнювачі на основі резольньїх і новолачних смол, особливо відрізняються ударною в'язкістю ви­робів (КС до 22). Для звичайних наповнювачів у волокнітах ви­користовують бавовняні очоси і довговолокнисту бавовну, а та­кож азбестове чи скляне волокно. Бавовняні волокніти застосо­вують для різних корпусних та інших виробів, до яких пред'явля­ються вимоги підвищеної міцності й ударної в'язкості.

Азбестові волокніти на основі резольних смол (асборезити) мають високі фрикційні властивості і термічну стійкість їх вико­ристовують для виготовлення гальмових колодок, а також дета­лей машин і приладів, що піддаються перегріву.

Стекловолокніти — міцні і добрі діелектрики. З них пресують великі корпуси в машинобудуванні і приладобудуванні, кузови автомобілів, спортивних човнів і судів.

Шаруваті фенопласти — прошарованні пластики, що пред­ставляють композиції із шарів зв'язної смоли, які чергуються, і листового наповнювача. В залежності від виду наповнювача ша­руваті пластики одержують своє найменування: гетинакс (напов­нювач — папір), текстоліт (наповнювач — бавовняна тканина), асботекстолит (наповнювач — азбестова тканина), склотекстоліт (наповнювач — скляна тканина), деревинношаруваті пластики (ДСП) (наповнювач — деревинний шпон).

Шаруваті наповнювачі просочують смолою, сушать і ріжуть за розмірами. З готових листів у поверхових пресах гарячим спосо­бом пресують плити, а в пресформах — інші заготівки чи деталі.

Гетинакс застосовують в електротехніці і радіотехніці в листах і плитах для панелей, електроізоляторів, ізолюючих шайб, про­кладок, а також у вигляді труб і циліндрів у трансформаторах.

Текстоліт особливо підходить для зубчастих коліс, вкладишів підшипників, а також як електроізолятор в електричних машинах і трансформаторах. У порівнянні з гетинаксом він жорсткіший і стійкий до 130 °С.

Асботекстоліт відрізняється теплостійкістю і добрими фрик­ційними властивостями; його застосовують для виготовлення де­талей, які труться: дисків зчеплення і гальмових колодок.

Склотекстоліт винятково міцний і відмінний електроізолятор

440

(див. табл. 10.1); відповідно і його застосування — при високих навантаженнях і температурах (до 350 °С).

Амінопласти. Амінопластами називають пластмаси на основі карбамідних смол, що одержані поліконденсацією карбаміду (се­човини) CO(NH) чи меламіну CHN з формальдегідом. Кар-бамідні смоли безбарвні, тому можна легко одержати аміноплас­ти світлих тонів і пофарбовані в будь-які кольори. їх застосову­ють, здебільшого, для одержання шаруватих амінопластів, а та­кож для преспорошків, шпаропластів і клеїв.

З порошкових амінопластів (частіше з целюлозою) виготов­ляють телефонні і радіодеталі, автомобільну арматуру та ін.

Шаруваті амінопласти використовують для обробки кают па­роплавів, залізничних вагонів та ін. За наповнювача застосову­ють папір, а також деревинний шпон. Декоративний лист напов­нювача фарбюють чи наносять потрібний малюнок на лист. Кар-бамідні смоли використовують для впресовування схем, крес­лень, географічних карт для кращої збережності у виробничих і польових умовах.

Полі ефірні смоли. Ефіри — це похідні від взаємодії органіч­них кислот і спиртів. Поліефірні смоли одержують поліконден­сацією основних кислот — фталевої СН (СООН) та ін. — з бага­тоатомними спиртами — гліцерином (СНОН) СНОН і ін. З поліефірних смол найбільше поширення одержали гліфталеві смоли з гліцерину і фталевого ангідриду. Гліфталеві смоли тер­мореактивні, однак вони твердіють при відносно високих темпе­ратурах і повільно. Тому ці смоли в основному застосовують при виробництві лаків з леткими і швидко висихаючими (твердіючи­ми) масляними розчинниками.

Епоксидні смоли. Ці смоли одержали дуже широке поширен­ня в техніці. Вдале сполучення механічних, фізичних, хімічних та інших властивостей визначає їх застосування. Епоксидні смоли одержують при конденсації еніхлоргідрину з СН - СН - СНС1 дифенілопропаном

С(СНОН) . \ О /

Низькомолекулярні смоли уявляють собою в'язкі рідини, що можуть твердіти на холоді при добавлені затверджувача чи при нагріванні; при цьому вони дуже реакціиноздатні, у них високі ад-гезійні (клеючі) властивості. Застосовують їх для покриття, скле­ювання металів, скла, пластмас, для герметизації, тощо; у складі компаундів (з різними наповнювачами — сталевим порошком, пилоподібним кварцовим піском та ін.) застосовуються для закла-

441

дення раковин у металевих виливках. Епоксидні смоли добре спо­лучаються з іншими полімерами; одержують, наприклад, епок­сидно-фенольні смоли, що визначають підвищену теплостійкість, епоксидно-поліефірні (підвищена ударна в'язкість) та ін.

Поліаміди. Поліамідами називають смоли, що містять у лан­цюзі амідні групи - СО - NH -. Різні поліаміди одержують полі­конденсацією і східчастою полімеризацією. Наприклад, найлон 6-6 одержують шляхом поліконденсації гексаметілендіаміну HN(CH)NH і адипінової кислоти

НООС (СН)СООН; кап­рон — при ступеневій полімеризації капролактаму C5HWCOHN.

Поліаміди мають значну жорсткість (яка до того ж збільшується при витяжці до 4...5 разів), достатню твердість, ду­же високу в'язкість (при стандартних іспитах не руйнуються, а згинаються), гарні діелектричні властивості, водостійкість. Поліаміди застосовують для виготовлення деталей машин мето­дами лиття під тиском, для електроізоляції проводів нанесенням на них розплавленої смоли, для виготовлення волокна шляхом продавлюванням смоли через філери, для виготовлення плівок і клею. З волокон роблять панчішно-шкарпеткові вироби, ри­бальські сіті, буксирні канати та ін.

Армовані (зміцнені) пластмаси. Кращими зв'язуючими для армованих пластмас є епоксидні смоли і поліефіри, а також фено-лобутварні смоли (клей марки БФ-4 і БФ-6), сполучені епоксидо-фенольні смоли й ін., що твердіють при невисоких температурах і тисках. За наповнювача застосовують волокна і тканини (скляні, азбестові чи органічні), частіше — скляні волокна.

З армованих пластмас виготовляють корпуси приладів і апа­ратів, ванни, труби, двері, корпуси човнів і суден. Скловолок­нисті анізотропні матеріали (СВАМ) використовують також при виготовленні будівельних стінових панелей, перекриттів.

Кремнійорганічні полімери. Органічні сполуки, в основний лан­цюг яких входять неорганічні елементи (кремній, титан, фосфор, бор), називають елементоорганічними сполуками. Найбільше промислове застосування мають кремнійорганічні смоли. Основ­ний ланцюг їхніх молекул складається з атомів кремнію і кисню:

Зв'язок між атомами кремнію і кисню називається силоксано-вий. Цей зв'язок має більшу термічну стійкість, ніж зв'язок між

442

атомами вуглецю, тому кремнійорганічні сполуки (як і всі еле­ментоорганічні сполуки) відрізняються високою теплостійкістю. Основним недоліком цих сполук є відсутність еластичності, од­нак комбінування основного силоксанового ланцюга з бічними органічними відгалуженнями дає теплостійкі й еластичні кремнійорганічні сполуки.

Кремнійорганічні полімери випускають у виді лаків, застосо­вуваних у якості електроізоляційних і жаростійких покрить, мас­тильних матеріалів, які працюють при високих і низьких темпе­ратурах, а також у виді пластмас і кремнекаучуків.

З кремнійорганичних пресматеріалів типу волокиту, текс­толіту і склотекстоліту виготовляють електроізоляційні вироби. Ці вироби відрізняються високою теплостійкістю, механічною міцністю і водостійкістю.

Кремнекаучуки за еластичністю і вібростійкістю подібні до гуми, однак відрізняються від неї морозостійкістю і підвищеною теплостійкістю (до 250 °С).