Формы применения реактопластов. Состав пресспорошков и волокнитов

Получение свойства и области применения полиэтилентерефталата

Полиэтилентерефталат
Общие
Хим. формула	(C10H8O4)n[1]
Физические свойства
Плотность	1.4 см³ (20 °C),[2]аморфный: 1.370 см³,[1] кристаллический: 1.455[1]
Термические свойства
Т. плав.	> 250 °C,[2] 260[1]
Уд. теплоёмк.	1000[1] Дж/(кг·К)
Теплопроводность	0.15 Вт/(м·K),[3]0.24[1] Вт/(м·K)
Химические свойства
Растворимостьв воде	практически нерастворим[2]
Оптические свойства
Показатель преломления	1.57–1.58,[3] 1.5750[1]
Классификация
Рег. номер CAS	25038-59-9
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иначе.

Полиэтиле́нтерефтала́т (ПЭТФ, ПЭТ) — термопластик, наиболее распространённый представитель класса полиэфиров, известен под разными фирменными названиями (см. Названия). Продукт поликонденсации этиленгликоля с терефталевой кислотой (или её диметиловым эфиром); твёрдое, бесцветное, прозрачное вещество в аморфном состоянии и белое, непрозрачное в кристаллическом состоянии. Переходит в прозрачное состояние при нагреве до температуры стеклования и остаётся в нём при резком охлаждении и быстром проходе через т. н. «зону кристаллизации». Одним из важных параметров ПЭТ является характеристическая вязкость определяемая длиной молекулы полимера. С увеличением присущей вязкости скорость кристаллизации снижается. Прочен, износостоек, хороший диэлектрик.

Исследования по полиэтилентерефталату были начаты в 1935 г. в Великобритании Уинфилдом (англ.) (англ. John Rex Whinfield) и Диксоном (англ. James Tennant Dickson), в фирме Calico Printers Association Ltd. Заявки на патенты по синтезу волокнообразующего полиэтилентерефталата были поданы и зарегистрированы 29 июля 1941 года и 23 августа 1943 года. Опубликованы в 1946 году.

В СССР был впервые получен в лабораториях Института высокомолекулярных соединений Академии наук СССР в 1949 году.

Физические свойства

· плотность — 1,38—1,4 г/см³,

· tразм. — 245 °C,

· Температура плавления tпл. — 260 °C,

· Температура стеклования tст. — 70 °C,

· Температура разложения — 350 °С

Не растворим в воде и органических растворителях, устойчив к воздействию кислот и растворов слабых щелочей (Хим. энц. словарь).

Применения

В России полиэтилентерефталат используют главным образом для изготовления заготовок (преформ) различного вида, из которых затем изготавливаются (выдуваются после нагрева) пластиковые контейнеры различного вида и назначения (в первую очередь, пластиковые бутылки). В меньшей степени применяется дляпереработки в волокна

Полиэтилентерефталат относится к группе алифатически-ароматических полиэфиров, которые используются для производства волокон, пищевых плёнок и пластиков, представляющих одно из важнейших направлений в полимерной индустрии и смежных отраслях. Область применения полиэфиров

· самое массовое из всех видов химических волокон для бытовых целей (одежда) и техники;

· ёмкости для жидких продуктов питания, особенно ёмкости (бутылки) для различных напитков;

· основной материал для армирования автомобильных шин, транспортерных лент, шлангов высоко давления и других резинотехнических изделий;

· чрезвычайно важный современный материал для носителей информации — основа всех современных фото-, кино- и рентгеновских плёнок; основа носителей информации в компьютерной технике (гибкие диски — дискеты, или «флоппи-диски»), основа магнитных лент для аудио-, видео- и другой записывающей техники;

· материал для ответственных видов изделий в различных отраслях машиностроения, электро- и радиотехнике, например, применяется в качестве изолятора в электрических конденсаторах;

· листовой материал, прозрачный для солнечных лучей (в том числе и УФ) и устойчивый к воздействиям окружающей среды, используемый в сельском хозяйстве и строительстве.

Недостатки

Существенными недостатками ПЭТ-тары являются её относительно низкие барьерные свойства. Она пропускает в бутылку ультрафиолетовые лучи и кислород, а наружу — углекислоту, что ухудшает качество и сокращает срок хранения продукта. Это связано с тем, что высокомолекулярная структура полиэтилентерефталата не является препятствием для газов, имеющих небольшие размеры молекул относительно цепочек полимера.

Названия

Международный знак ПЭТ

В СССР полиэтилентерефталат и получаемое из него волокно называли лавсаном, в честь места разработки — ЛАборатории Высокомолекулярных Соединений Академии Наук. Аналогичные волоконные материалы, изготавливаемые в других странах, получили другие названия: терилен (Великобритания), дакрон (США), тергал (Франция), тревира (ФРГ), теторон (Япония),полиэстер, мелинекс, милар (майлар), Tecapet («Текапэт») и Tecadur («Текадур») (Германия) и т. д.

Пластики на основе полиэтилентерефталата называются ПЭТФ (в российской традиции) либо PET/ПЭТ (в англоязычных странах). В настоящее время в русском языке употребляются оба сокращения, однако когда речь идет о полимере, чаще используется название ПЭТФ, а когда об изделиях из него — ПЭТ.

Получение

Вплоть до середины 1960-х годов ПЭТФ промышленно получали переэтерификацией диметилтерефталата этиленгликолем с получением дигликольтерефталата, и последующей поликонденсацией последнего. Несмотря на недостаток этой технологии, заключавшийся в её многостадийности, диметилтерефталат был единственным мономером для получения ПЭТФ, поскольку существовавшие в то время промышленные процессы не позволяли обеспечить необходимую степень чистоты терефталевой кислоты. Диметилтерефталат же, имея более низкую температуру кипения, легко подвергался очистке методом дистилляции и кристаллизации.^[4]

В 1965 году Аmoco Соrporation смогла усовершенствовать технологию, в результате чего широкое распространение получил одностадийный синтез ПЭТФ из этиленгликоля и терефталевой кислоты (TFK) по непрерывной схеме.^[4]

Формы применения реактопластов. Состав пресспорошков и волокнитов.

Реактопласты (термореактивные пластмассы) — пластмассы, переработка которых в изделия сопровождается необратимой химической реакцией, приводящей к образованию неплавкого и нерастворимого материала. Наиболее распространенные реактопласты на основе фенолформальдегидных, полиэфирных, эпоксидных икарбамидных

Реактопласты (РП)-пластические массы на основе жидких или твердых, способных при нагревании переходить в вязкотекучее состояние, реакционноспособных олигомеров (смол), превращающихся в процессе отверждения при повыш. т-ре и(или) в присут. отвердителей в густосетчатые стеклообразные полимеры, необратимо теряющие способность переходить в вязкотекучее состояние. По типу реакционноспособных олигомеров РП подразделяют на фенопласты (на основе фено-ло-формальд. смол), аминопласты (на основе мочевино- и меламино-формальд. смол), эпоксипласты (на основе эпок-сидных смол), эфиропласты (на основе олигомеров акриловых), имидопласты (на основе олигоимидов или смесей имидообразующих мономеров) и др. Мол. масса олигомеров, тип и кол-во реакционноспособных групп в них, а также природа и кол-во отвердителя определяют св-ва РП на стадиях их получения, переработки в изделия (напр., условия, механизм и скорость отверждения, объемные усадки и выделение летучих в-в), а также эксплуатац. св-ва изделий. Для регулирования технол. св-в РП наиб. широко используют разбавители, загустители и смазки, а для модификации св-в в отвержденном состоянии - пластификаторы и эластифицирующие добавки (напр., жидкие каучуки, простые олигоэфиры), к-рые вводят в олигомер. Ненаполненные РП сравнительно редко используют как самостоят. материалы из-за высоких объемных усадок при отверждении смол и возникающих вследствие этого больших усадочных напряжений. Обычно смолы, содержащие модифицирующие добавки, служат связующими наполненных РП. Дисперсно-наполненные РП получают в виде OT-верждающихся масс (см. Пресспорошки, Премиксы)совмещением связующего с наполнителем в разл. смесителях; такие РП перерабатывают в изделия методами компрессионного или литьевого прессования и литья под давлением, реже заливкой в формы или трансфертам прессованием. Армированные РП получают в виде препрегов-предрари-тельно пропитанных связующим непрерывных волокнистых наполнителей (см. Волокниты, Гетинакс, Слоистые пластики, Сотопласты). Изделия из таких полуфабрикатов формуют методами намотки, выкладки и протяжки с послед. фиксированием их формы путем отверждения связующего. В др. методах заготовки изделий формуют из "сухого" наполнителя, а затем, предварительно вакуумируя, пропитывают их связующим под давлением, после чего уплотняют и отверждают. Из газонаполненных РП наиб. распространение получили пенофенопласты и пенополиуретаны. Осн. преимущества РП по сравнению с ТП-более широкие возможности регулирования вязкости, смачивающей и пропитывающей способности связующего; недостатки обусловлены экзотермич. эффектами, объемными усадками и выделением летучих в-в при отверждении и связанными с этим дефектностью и нестабильностью формы изделий и их хрупкостью. Процессы формования изделий из РП обычно более длительны и трудоемки, чем из ТП. На предельных стадиях отверждения РП не способны к повторному формованию и сварке. Соединение деталей из РП производят склеиванием и мех. методами. При низких степенях отверждения РП способны к т. наз. хим. сварке и приформовке одной детали к другой.
ПРЕССПОРОШКИ, порошкообразные или гранулир. реак-топласты, перерабатываемые в изделия прессованием или литьем под давлением. Представляют собой частично отвержденную (предотвержденную) смесь термореактивного связующего (30-60%; здесь и далее от общей массы пресспорошка) и дисперсного наполнителя (40-70%). Могут содержать также смазку (до 1%), напр. олеиновую к-ту, стеарин, стеарат Са или Zn, краситель (до 1,5%) и др. добавки. В качестве связующих применяют чаще всего феноло-альде-гидные смолы, а также мочевино- и меламино-формальд., эпоксидные смолы и кремнийорг. олигомеры. В нек-рых случаях смолы смешивают друг с другом или с модифицирующим полимером, напр. с СК, полиамидами, ПВХ. Для отверждения связующего в его состав вводят отвердители, а в целях ускорения или замедления отверждения-соотв. ускорители или ингибиторы отверждения. Наполнителями служат древесная или кварцевая мука, каолин, тальк, корот-коволокнистый асбест и др. минеральные или орг. порошки. Произ-во пресспорошков включает последоват. операции подготовки и смешения компонентов, предварит. частичного отверждения, измельчения или гранулирования смеси. Плотн. стандартных образцов из пресспорошков не превышает 2 г/см3, ударная вязкость 10 кДж/м2, sизг 100 МПа. Наиб. распространены фенолыше пресспорошки. Из пресспорошков на основе новолачных фенольных смол, наполненных древесной мукой, изготовляют детали общетехн. назначения, из пресспорошков на основе резольных или модифицир. полиамидом новолачных смол, содержащих минер. наполнитель,-радиотехн. детали, а из наполненных асбестом - корпуса электрич. патронов и выключателей. Стойкость изделий из фенольных пресспорошков к ударным нагрузкам повышают модифицированием смолы каучуком, влаго- и хим. стойкость - модифицированием смолы ПВХ. Яркоокрашенные декоративные и бытовые изделия изготовляют из пресспорошков на основе мочевино- или меламино-формальд. смол, наполненных сульфитной целлюлозой. Эти пресспорошки, не уступая по св-вам фенольным пресспорошкам общетехн. назначения, окрашиваются в любые цвета, не имеют запаха, светостойки и нетоксичны. Пресспорошки на основе меламино-формальд. смол, особенно модифицированных кремнийорг. полимерами, обладают повыш. дугостойкостью. Пресспорошки на основе эпоксидных смол по основным показателям близки лучшим фенольным пресспорошкам, имеют повыш. текучесть, не выделяют летучих в-в при отверждении, окрашиваются в любые цвета.

ВОЛОКНИТЫ, пресс-материалы, состоящие из коротких волокон (наполнителя), пропитанных полимерным связующим. В состав волокнитов может входить также порошкообразный наполнитель, напр. тальк. В зависимости от природы наполнителя различают: собственно волокниты, наполнителем для к-рых служит целлюлозное, гл. обр. хлопковое, волокно; асбоволокниты (наполнитель - асбестовое волокно; см. Асбопластики); стекловолокниты (наполнитель - стекловолокно); органоволокниты (наполнитель - синтетич. волокно); углеродоволокниты (наполнитель - углеродное волокно). В кач-ве связующего для волокнитов применяют чаще всего феноло-формальд., анилино-феноло-формальд. и эпоксидные смолы, кремнийорг. полимеры. Содержание связующего 30-45% по массе. Волокниты представляют собой рыхлую массу из пропитанных отрезков нитей (т. наз. путанка) или сыпучий материал в виде гранул. Технол. схема получения первых включает пропитку волокон дл. 40-70 мм связующим в лопастных смесителях, сушку и распушение; гранулиров. материал готовят пропиткой прядей из нитей или жгутов на спец. оборудовании, к-рые затем сушат и разрезают на гранулы диам. 0,5-8 мм и дл. 5-6, 10, 20 или 30 мм. Волокниты в виде рыхлой массы перерабатывают в изделия прямым прессованием под давл. 5-50 МПа, в виде гранул-прямым и литьевым прессованием под давл. 20-200 МПа; т-ра переработки 130-200°С в зависимости от типа связующего. Св-ва материалов из волокнитов зависят от природы и длины волокна, типа и содержания связующего, метода и режимов переработки (см. табл.). Изделия из волокнитов устойчивы к действию воды и орг. р-рителей, минер. масел, бензина. Стекловолокниты на основе модифицированной феноло-формальд. смолы работоспособны от — 196 до 200 °С, на основе кремнийорг. связующего - до 400 °С. Вследствие электропроводности углеродных волокон углеродоволокниты не являются диэлектриками.