Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.

194. Влияние скорости (И ) приложения нагрузки на

характер

кривых растяжения (IV, > \У

> И'

)

Релаксацией напряжения называется умень-

шение напряжения до равновесного значения

при

условии неизменности деформации. С тече-

нием

времени величина приложенного первона-

Деформация

чального напряжения

будет

постепенно умень-

шаться, так как в образце под действием теп-

лового движения начнется самопроизвольная конформационная перестрой-

ка,

а в линейном полимере

будет

происходить перемещение макромо-

лекул. Для

сетчатых

полимеров соотношение указанных процессов

будет

зависеть от частоты сетки.

Для

всех

полимеров характерно повышение предела прочности с увели-

чением скорости нагружения (рис. 194). При этом уменьшается влияние не-

упругих

деформаций. С уменьшением скорости нагружения влияние не-

упругих

деформаций возрастает.

С. Н. Журковым разработана флуктуационная теория прочности поли-

меров, согласно которой разрыв полимерного материала под действием

внешних сил является процессом, протекающим в зависимости от времени.

Скорость его определяется соотношением энергии межмолекулярных свя-

зей и тепловых флуктуации

. Разрыв происходит вследствие тепловых

флуктуации, а растягивающее напряжение способствует флуктуационному

процессу. Разрыв

всегда

происходит по химическим связям.

Любое

упроч-

нение

структуры

полимера приводит к более согласованному сопротивле-

нию

линейных молекул их разрыву, поэтому, например, при ориентации

прочность материала повышается. При деформации полимерные мате-

риалы так же, как и металлы,

обладают

статической и динамической вы-

носливостью. Зависимость долговечности

полимера от напряжения, тем-

пературы и

структуры

выражается формулой

г = т

где т

- постоянная (для

всех

материалов 10

- 10

с); и

- по-

стоянная

для данного полимера (энергия химической связи в цепи);

у — постоянная для данного полимера (состояние структуры); ст — напря-

жение; R — газовая постоянная; Т—абсолютная температура.

Следовательно, чем выше напряжение или температура, тем меньше

долговечность.

Температурпо-временная зависимость прочности для полимерных ма-

териалов выражена сильнее, чем для металлов, и имеет большое значение

при

оценке их свойств.

Флуктуацией называется отклонение от равномерного распределения молекул вещества.

Долговечностью называется время от момента приложения силы до момента раз-

рушения.

391

Старение полимеров. Под старением полимерных материалов понимает-

ся

самопроизвольное необратимое изменение важнейших технических ха-

рактеристик, происходящее в

результате

сложных химических и физиче-

ских процессов, развивающихся в материале при эксплуатации и хранении.

Причинами

старения являются свет, теплота, кислород, озон и

другие

не-

механические факторы. Старение ускоряется при многократных деформа-

циях; менее существенно на старение влияет влага. Различают старение те-

пловое, световое, озонное и атмосферное.

Испытание

на старение проводится как в естественных условиях, так

искусственными ускоренными методами. Атмосферное старение прово-

дится в различных климатических условиях в течение нескольких лет. Те-

пловое старение происходит при температуре на 50 С ниже температуры

плавления (разложения) полимера. Продолжительность испытания опреде-

ляется временем, необходимым для снижения основных показателей на

50% от исходных.

Коэффициент

сохранения механических свойств К

определяется по

формуле

*•-£•

где A

и А

— значения показателей после и до испытания.

Например,

старение капрона при различных

температурах

показано на

рис.

195. Для силоксановых резин срок эксплуатации при 120 С—10 —20

лет, при

25О°С

- месяцы, при

370°С-20

мин.

Сущность старения заключается в сложной цепной реакции, протекаю-

щей с образованием свободных радикалов (реже ионов), которая сопрово-

ждается деструкцией и структурированием полимера. Обычно старение

является

результатом

окисления полимера атмосферным кислородом. Ес-

ли преобладает деструкция, то полимер размягчается, выделяются

летучие

вещества (например, натуральный каучук); при структурировании повы-

шаются твердость, хрупкость, наблюдается потеря эластичности (бутадие-

новый

каучук,

полистирол). При высоких

температурах

(200—500

С и вы-

ше) происходит термическое разложение органических полимеров, причем

пиролиз

полимеров, сопровождаемый испарением

летучих

веществ, не

является поверхностным явлением (как при простом испарении неполи-

мерных веществ); во всем объеме образца образуются молекулы, спо-

собные испаряться.

Стабильны к термодеструкции полимеры, обладающие высокой тепло-

той полимеризации (полиэтилен,

полифенолы),

полимеры с полярны-

"ff>!k , , , и , ми

заместителями

(фторпо.шме-

Рис.

195. Изменение разрушающего напряже-

ния

при растяжении ( ) и относительного

удлинения ( ) в процессе старения

при

различных температурах для капрона

марки

Б (К„, К, — коэффициенты изменения

механических свойсiв)

0,2

392

30 60 90

Время,

сутки

О/

'О

с!

%S0

—•—.

го

Время

месяцы

Рис.

196.

Влияние

атмосферного

старения

на

относительное

удлинение

полнвннил-

хлоридиого

пластиката

(исходное

удлине-

ние

принято

за 100%)

—

стабилизированный;

—

нестабили-

зированный

ры).

содержащие фенольные кольца в

главной цепи. Увеличению стабильности

способствует повышение молекулярной

массы и структурирование. Процессы ста-

рения

ускоряются под действием

меха-

нических

напряжений, когда не

успевают

протекать процессы релаксации напряже-

ния,

ослабляются или разрушаются хи-

мические связи. Происходит механиче-

ская

активация, ускоренное старение (при

износе

шин, транспортерных лент). Озо-

ностойкость

повышается при введении в

полимер полярных заместителей (поли-

хлоропрен, хлорсульфополиэтилен, фто-

росодержашие полимеры). Озоностойки

также кремнийорганические соедине-

ния.

Тропическая атмосфера, харак-

теризующаяся интенсивной солнечной радиацией, относительной влаж-

ностью

воздуха

от 3-8 до

95-97%,

наличием термитов и микроор-

ганизмов,

температурой почвы 50

—

70°С

и выше, нагретой пыли и т.п.,

действует

на материалы по-разному. В этой атмосфере устойчивы поли-

этилен,

политетрафторэтилен, полиамидные волокна, неустойчивы

нату-

ральный

н синтетические каучуки, вискоза, хлопчатобумажные волокна.

Для замедления процессов старения в полимерные материалы

доба-

вляют стабилизаторы.

Стабилизаторы подразделяют на антиоксиданты, или термостабилиза-

торы (амины, фенолы), и светостабилизаторы, или УФ, - абсорберы про-

тив фотохимической деструкции (производные бензотриазола, салициловой

кислоты,

акрилонитрила, сажа). Антиоксидантами для повышения тропи-

костойкости

являются серосодержащие соединения, оксидифенил и др.

Длительность эксплуатации стабилизированных материалов значитель-

но

возрастает (рис. 196). Срок наступления хрупкости полиэтилена, стаби-

лизированного

сажей, составляет свыше 5 лет. Трубы из поливинилхлори-

да

могут

работать 10

—

25 лет.

Радиационная

стойкость полимеров. Под действием ионизирующих из-

лучений в полимерах происходят ионизация и возбуждение, которые со-

провождаются разрывом химической связи и образованием свободных ра-

дикалов.

Наиболее важными являются процессы сшивания, например,

полиэтилене:

-СН,-СН

-СН

- -СН

-СН-СН

- -СН

-СН-СН

СН

- СН

-СН

-СН-СН

СН

-СН-СН

или

деструкция,

например

политетрафторэтилена:

-CF

+ CF

...

22 2 2

При

сшивании увеличивается молекулярная масса, повышаются тепло-

стойкость и механические свойства. При деструкции, наоборот, молекуляр-

ная

масса снижается, повышается растворимость, уменьшается прочность.

структурирующимся полимерам относятся полиэтилен, полипропилен,

полиенлоксаны,

полистирол, фенолоформальдегидные

эпоксидные

393

Е^^^ч^^^^УСЯ

Рис- 197. Предельные значения доз облучении

для необратимых радиационных изменений

прочности при растяжении полимерных ма-

I,^^MU"J

териалов:

•

/—несущественные изменения; //

—

у.менЬ-

шение

пределах

25%; III

—

умеренное

сильное уменьшение вплоть до разруше-

, ния; 1

—

9- термопласты; 10-17 - реакто-

i^^iiijQQflflflflflsa

пласты; 1 — полиэтилен; 2 — полипропилен;

—

полистирол;

4 —

политетрафторэтилен;

—

поливинилхлорнд;

6 —

полиметилмета-

крилат;

7 —

полиуретан,

S —

полиамиды;

—

поликарбонат;

10 —

отвержденная

фено-

K\N1

лоформальдегидпая смола* 11 — феполо-

формальлегиднын стеклопластик; 12 — ас-

и,

^ЧЧЧЧЧЧ^\У^чЧЧч'^!15ММКИЖ!8!!88881 бопластик;

13 —

текстолит;

14 —

отвержден-

1________£_S____SS222S2I

ная эпоксидная смола;

/5 —

эпоксидный стек-

'•

I ^^^^^^^^^

^^m лопластик; 16 - отвержденная полиэфирная

1.41

KNSM

смола;

J7 -

полиэфирный стеклопластик

1ВI

С>^М!!Ш

смолы, поливинилхлорид, полиа-

! , j , L миды, поликарбонат. Наиболее

ю' ю

ГО

10" устойчивы к радиации полимеры,

i i

Доза,рад

имеющие бензольное кольцо в виде

а боковой группы (полистирол).

Структура

- группы имеет

большое число энергетических уровней, вследствие

чего

поглощенная энергия

быстро рассеивается по всей молекуле, не вызывая химической реакции.

Деструктурируются

политетрафторэтилен, нолитрифторхлорэтилен, ни-

троцеллюлоза, полиметилметакрилат. Для повышения радиационной стой-

кости

в полимеры вводят антирады (ароматические амины, фенолы, даю-

щие

эффект рассеивания энергии).

Радиационная

стойкость полимеров выражается дозой облучения: по-

лиэтилен,

полистирол — 10

рад, эпоксидные смолы — 10

рад, поливинил-

хлорид, полиамиды — 10

рад, полиметилметакрилат — 10

рад, полите-

трафторэтилен — 10

рад (рис. 197).

Абляция. Абляция полимерных материалов - это разрушение материа-

ла, сопровождающееся уносом его массы при воздействии горячего газо-

вого потока. В процессе абляции происходит суммарное воздействие

меха-

нических

сил, теплоты и агрессивных сред потока. Наряду с химическими

превращениями

при деструкции полимеров важную роль играют процессы

тепло- и массообмена.

Абляционная

стойкость определяется устойчивостью материала к

меха-

нической,

термической и термоокислительной десгрукции. На абляцион-

ную стойкость влияет также

структура

полимера. Материалы на основе

полимеров линейного строения имеют низкую стойкость (происходит де-

полимеризация

и деструкция). Температура абляции не превышает

900°С.

Материалы на основе термостойких полимеров лестничного или сетчатого

строения

(фенолоформальдегидные, кремнийорганические и др.) имеют бо-

лее высокую стойкость к абляции. В них протекают процессы структуриро-

вания

и обуглероживания (карбонизации). Температура абляции может

достигать ЗООО°С. Для увеличения абляционной стойкости вводят арми-

рующие наполнители.

Глава

ХХШ ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ

Пластмассами (пластиками) называют искусственные материалы, полу-

чаемые на основе органических полимерных связующих веществ. Эти ма-

териалы способны при нагревании размягчаться, становиться пластичны-

ми,

тогда

под давлением им можно придать заданную форму, которая

затем сохраняется. В зависимости от природы связующего

переход

отфор-

мованной

массы в

твердое

состояние оовершается или при дальнейшем ее

нагревании, или при последующем охлаждении.

1. СОСТАВ, КЛАССИФИКАЦИЯ

СВОЙСТВА ПЛАСТМАСС

Обязательным компонентом пластмассы является связующее вещество.

В качестве связующих для большинства пластмасс используются синтети-

ческие смолы, реже применяются эфиры целлюлозы. Многие пластмассы,

главным образом термопластичные, состоят из одного связующего веще-

ства, например полиэтилен, органические стекла и др.

Другим

важным компонентом пластмасс является наполнитель (порош-

кообразные, волокнистые и

другие

вещества как органического, так и неор-

ганического происхождения). После пропитки наполнителя связующим по-

лучают

полуфабрикат, который спрессовывается в монолитную массу.

Наполнители повышают механическую прочность, снижают

усадку

при

прессовании и придают материалу те или иные специфические свойства

(фрикционные,

антифрикционные и т. д.). Для повышения пластичности

полуфабрикат добавляют пластификаторы (органические вещества с вы-

сокой

температурой кипения и низкой температурой замерзания, например

олеиновую кислоту, стеарин, дибутилфталат" и др.). Пластификатор сооб-

щает пластмассе эластичность,

облегчает

ее обработку. Наконец, исходная

композиция

может содержать отвердители (различные амины) или катали-

заторы (перекисные соединения) процесса отверждения термореактивных

связующих, ингибиторы, предохраняющие полуфабрикаты от их само-

произвольного отверждения, а также красители (минеральные пигменты

спиртовые растворы органических красок, служащие для декоративных

целей).

Свойства пластмасс зависят от состава отдельных компонентов, их со-

четания и количественного соотношения, что позволяет изменять характе-

ристики

пластиков в достаточно широких

пределах.

По

характеру

связующего вещества пластмассы подразделяют на тер-

мопластичные (термопласты), получаемые на основе термопластичных по-

лимеров, и термореактивные (реактопласты) — на основе термореактивных

смол. Термопласты удобны для переработки в изделия,

дают

незначитель-

ную

усадку

при формовании (1—3%). Материал отличается большой

упру-

395

гостью, малой хрупкостью и способностью к ориентации. Обычно термо-

пласты изготовляют без наполнителя. В последние годы стали применять

термопласты с наполнителями в виде минеральных и синтетических воло-

кон

(органопласты).

Термореактивные полимеры после отверждения и перехода связующего

термостабильное состояние (пространственная

структура)

хрупки, часто

дают

большую

усадку

(до

10—15%)

при их переработке, поэтому в их со-

став вводят усиливающие наполнители.

По

виду

наполнителя пластмассы делят на порошковые (пресс-порош-

ки)

с наполнителями в виде древесной муки, сульфитной целлюлозы, гра-

фита, талька, измельченных стекла, мрамора, асбеста, слюды, пропитанных

связующими (часто их называют карболитами); волокнистые с наполните-

лями

в виде очесов хлопка и льна (волокниты), стеклянного волокна (сте-

кловолокниты),

асбеста (асбоволокниты); слоистые, содержащие листовые

наполнители (листы

бумаги

в гетинаксе, хлопчатобумажные, стеклянные,

асбестовые ткани в текстолите, стеклотекстолите и асботекстолите, дре-

весный шпон в древеснослоистых пластиках); крошкообразные (наполни-

тель в виде кусочков ткани или древесного шпона, пропитанных связую-

щим);

газонаполненные (наполнитель —

воздух

или нейтральные газы).

В зависимости от

структуры

последние подразделяют на пенопласты

поропласты.

Современные композиционные материалы содержат в качестве напол-

нителей угольные и графитовые волокна (карбоволокниты); волокна бора

(бороволокниты).

По

применению пластмассы можно подразделить на силовые (кон-

струкционные, фрикционные и антифрикционные, электроизоляционные)

несиловые (оптически прозрачные, химически стойкие, электроизоля-

ционные,

теплоизоляционные, декоративные, уплотнительные, вспомога-

тельные). Однако это деление условно, так как одна и та же пластмасса

может обладать разными свойствами: например, полиамиды применяют

качестве антифрикционных и электроизоляционных материалов и т. д.

Пластмассы по своим физико-механическим и технологическим свой-

ствам являются наиболее прогрессивными и часто незаменимыми мате-

риалами для машиностроения.

Особенностями пластмасс являются малая величина плотности (для

большинства пластмасс плотность колеблется от 1 до 2 г/см-

, а для пено-

пластов — от 0,015 до 0,8 г/см

); низкая теплопроводность X = 0.1 4-0,4

ккалДм

•

°С), температурный коэффициент линейного расширения а =

0,5-10"

^-12

•

10 7

1/°С; хорошие электроизоляционные свойства диэ-

лектрическая проницаемость Е = 1,8

4-8,9,

удельное

объемное сопротивле-

ние

р„ =

-f-10

Ом-см, диэлектрические потери tg6 =

0,0001

4-0,1; элек-

трическая прочность £

пр

104-30

кВ/мм); хорошая оптическая прозрач-

ность и радиопрозрачность некоторых видов пластмасс; неподверженность

коррозии

и высокая химическая стойкость; фрикционные и антифрик-

ционные

свойства; высокая механическая прочность силовых пластиков,

сопоставимая с прочностью стали (например, а

= 3 4-100 кгс/мм

и выше,

несмотря на то что их масса меньше в 4 раза); хорошие технологические

свойства (легко формуются, прессуются, их можно склеивать и сваривать,

обрабатывать на станках).

396

Недостатками пластмасс являются невысокая теплостойкость, низкие

модуль

упругости

и ударная вязкость по сравнению с металлами и сплава-

ми,

а для некоторых пластмасс склонность к старению.

2. ТЕРМОПЛАСТИЧНЫЕ ПЛАСТМАССЫ

В основе термопластичных пластмасс

лежат

полимеры линейной или раз-

ветвленной структуры, иногда в состав полимеров вводят пластификаторы.

Термопластичные пластмассы применяют в качестве прозрачных органиче-

ских стекол, высоко- и низкочастотных диэлектриков, химически стойких

материалов; из этих пластмасс изготовляют тонкие пленки и волокна. Де-

тали, выполненные из таких материалов, имеют ограниченную

рабочую

температуру.

Обычно при нагреве выше 60 ^-70

С начинается резкое сни-

жение их физико-механических характеристик,

хотя

более теплостойкие

пластмассы

могут

работать при температуре 150

—250ЧГ.

Термостойкие

полимеры с жесткими цепями и циклические

структуры

устойчивы до

400-600

С.

Неполярные

термопластичные пластмассы. К неполярным пластикам от-

носятся

полиэтилен, полипропилен, полистирол и фторопласт-4.

По.шэпииен

(- СН

- СН

—

)„

— продукт полимеризации бесцветного

газа этилена, относящийся к кристаллизующимся полимерам.

По

плотности полиэтилен подразделяют на полиэтилен низкой плотно-

сти, получаемый в процессе полимеризации при высоком давлении

(ПЭВД),

содержащий

55-65%

кристаллической фазы, и полиэтилен высо-

кой

плотности, получаемый при низком давлении

(ПЭНД),

имеющий кри-

сталличность до 74 — 95%.

Чем выше плотность и кристалличность полиэтилена, тем выше

меха-

ническая

прочность и теплостойкость материала. Температурная зависи-

мость прочности полиэтилена приведена на рис. 198. Теплостойкость

(ГОСТ

12021—75)

полиэтилена невысока, поэтому длительно его мож-

но

применять при

температурах

до

60—100

С. Морозостойкость поли-

этилена достигает — ЖС и ниже. Полиэтилен химически стоек, и при

комнатной

температуре нерастворим ни в одном из известных растворите-

лей. При нагревании устойчив к воде, к ацетону, к спирту.

Недостатком полиэтилена является его подверженность старению. Для

защиты от старения в полиэтилен вводят стабилизаторы и ингибиторы

(2 — 3% сажи замедляют процессы старения в 30 раз).

Под

действием радиоактивного облучения полиэтилен

твердеет,

при-

обретает

большую

прочность и теплостойкость.

Полиэтилен

применяют для изготовления

труб,

литых и прессованных

несиловых деталей (вентили, контейнеры и др.), полиэтиленовых пленок

для изоляции проводов и кабелей, чехлов, остекления парников, облицовки

водоемов; кроме того, полиэтилен

служит

покрытием на

металлах

для за-

щиты от коррозии, влаги, электрического тока и др.

Полипропилен

( — СН

—

СНСН

—

)„—

является производной этилена.

Применяя

металлоорганические катализаторы,

получают

полипропилен,

содержащий значительное количество стереорегулярной структуры. Это

жесткий нетоксичный материал с высокими физико-механическими свой-

397

бизг

••—

3,5

2,1

-60 -kO -20 0 20 М 60 t°,C o,7

•

—1 м

Рис.

198. Зависимость прочности поли-

этилена

от температуры

10 15 20 е,%

Рис.

199. Диаграмма напряжение —

деформация:

— полистирол; 2 — ударопрочный

полистирол

сгвами. По сравнению с полиэтиленом этот пластик более теплостоек: со-

храняет форму до температуры

150°С.

Полипропиленовые пленки прочны

более газонепроницаемы, чем полиэтиленовые, а волокна эластичны,

прочны и химически стойки. Нестабилизированный полипропилен подвер-

жен быстрому старению. Недостатком пропилена является его невысокая

морозостойкость (— 10-=— 20°

С).

Полипропилен

применяют для изготовления

труб,

конструкционных де-

талей автомобилей, мотоциклов, холодильников, корпусов насосов, раз-

личных емкостей и др. Пленки используют в тех же целях, что

полиэтиленовые.

Полистирол

(— СН

—

СНС

—

)„

— твердый, жесткий, прозрачный,

аморфный

полимер. По диэлектрическим характеристикам близок к поли-

этилену,

удобен

для механической обработки, хорошо окрашивается.

Будучи

неполярным, полистирол растворяется во многих неполярных

растворителях (бензол), в то же время он химически стоек к кислотам

щелочам; нерастворим в спиртах, бензине, маслах, воде. Полистирол

наиболее стоек к радиоактивному облучению по сравнению с другими тер-

мопластами (присутствие в макромолекулах фенильного радикала

Недостатками полистирола являются его невысокая теплостойкость,

склонность к старению, образование трещин.

Ударопрочный полистирол представляет собой блоксополимер стирола

с синтетическим каучуком. Такой материал имеет в 3 — 5 раз более высо-

кую прочность на

удар

и в 10 раз более высокое относительное удлинение

по

сравнению с обычным полистиролом (рис. 199). Высокопрочные АБС-

пластики (акрилонитрилбутадиенстирольные) отличаются повышенной хи-

мической стойкостью и ударной прочностью, имеют а„ = 3,5 -е- 6,5 кгс/мм

100-н250

кгс/мм

и теплостойкость по Вику

1ОО-125°С

(ГОСТ

15065

— 69). Однако диэлектрические свойства таких сополимеров ниже по

сравнению с чистым полистиролом. Из полистирола изготовляют детали

для радиотехники, телевидения и приборов, детали машин (корпуса, ручки

др.),

сосуды

для воды и химикатов, пленки стирофлекс для электроизоля-

ции,

а АБС-пластики применяются для деталей автомобилей, телевизоров,

лодок,

труб

и т. д.

398

Таблица

Физико-механические

свойства неполярных термопластов

Материал

Ноли'л

илеп:

ПЭВД

ПЭНД

Полипропилен

Полистирол

Фторопласт-4

Материал

lo-

п. юн;

ПЭВД

ПЭНД

Полипропилен

Полистирол

Фторопласт-4

Плотность,

1/СМ

0,918-0,93

0,949-0,96

0,9-0,92

1,05-1,1

2,15-2,35

Относитель-

ное

уллинс-

ннс

при

разрыве.

150-600

100-900

100-400

0,4-3,5

250-350

Рабочая

температура,

"С

макси-

мальная

105-108

120-125

150

250

Уларная

ВЯЧКОСТЬ

а,

кгс

•

см,

см

Не

лома-

ется

- 80

10-22

100

мини-

мальная

-40.-70

ниже

-70

ниже

-15

-20

-269

Диэлект-

рическая

проницае-

мость

при

10''

Гц

2,2-2,3

2,1-2,4

2,2

2,5-2,7

1,9-2,2

Предел

прочности,

кгс/мм2

при

рас-,

тяжении

0,84-1,75

1,95-4,5

2,5

3.5-4

1,4-3,5

Удельное

объемное

сопротив-

ление

Ом

•

см

1017

10"

Ю1Й-Ю17

1О'?-ЮП

10's

при

сжатии

1,25-2,1

2-3,6

Тангенс

угла

диэлектриче-

ских

потерь

при

10« Гц, 10"

2-3

2-5

3-4

2-2,5

при

ста-

тическом

изгибе

1.2-1,7

2-3,8

7-8

5-10

1,1-1,4

Электри-

ческая

проч-

ность,

кВмм

45-60

2S-40

20-25

35-40

Фторопласты

(отечественное -название пластика фторопласт-4, фтор-

лон-4) являются термически

химически стойкими материалами.

Ос-

новным

представителем фторосодержащих полимеров является полите-

трафторэтилен

(

— CF

—

)„.

Это

насыщенный полимер

макромоле-

кулами

виде зигзагообразных спиралей.

До

температуры

250°С

скорость

кристаллизации

мала

и не

влияет

на его

механические свойства, поэтому

длительно эксплуатировать фторопласт-4 можно

до

температуры 250

С.

Разрушение материала происходит

при

температуре выше

415°С.

Аморф-

ная

фаза находится

высокоэластическом состоянии,

это

придает фторо-

пласту-4 (фторлону-4) относительную мягкость. Температура стеклования

—

120°С,

но

даже

при

весьма низких температурах

(до

—

269°С)

пластик

не

охрупчивается. Высокая термостойкость фторопласта-4 обусловлена высо-

кой

энергией связи

С -

Кроме того, вследствие небольшого размера

атомы фтора образуют плотную оболочку вокруг цепи

—

С и

защищают

последнюю

от

химических реагентов. Фторопласт-4 стоек

действию

рас-

творителей, кислот, щелочей, окислителей. Практически фторлон-4 разру-

шается только

под

действием расплавленных щелочных металлов (калий,

натрий)

элементарного фтора, кроме того, вода пластик

не

смачивает.

Политетрафторэтилен малоустойчив

облучению.

Это

наиболее высокока-

чественный диэлектрик,

и его

диэлектрические свойства мало изменяются

399

широком' диапазоне температур. Фторопласт-4

обладает

очень низким

коэффициентом

трения (/'=

0,04),

который не зависит от температуры (до

327С

когда начинает плавиться кристаллическая фаза). Недостатками фто-

ропласта-4 являются

хладотекучесть

(результат

рекристаллизации), выде-

ление токсичного фтора при высокой температуре и трудность его перера-

ботки (вследствие отсутствия пластичности).

Фторопласт-4 применяют для изготовления

труб

для химикатов,

дета-

лей (вентили, краны, насосы, мембраны), уплотнительных прокладок, ман-

жет, сильфонов, электрорадиотехнических деталей, антифрикционных по-

крытий на

металлах

(подшипники, втулки).

Разновидностью фторопласта является фторопласт-4Д. отличающийся

формой

и размером частиц, меньшей молекулярной массой. Это

облегчает

переработку материала в изделия. Физико-механические свойства одина-

ковы с фторопластом-4.

Волокно и пленку фторлон изготовляют из фторопласта-42. Фторлоно-

вая ткань не горит, химически стойка, применяется для емкостей, рукавов,

спецодежды, диафрагм и т. д.

Физико-механические свойства неполярных термопластичных пластмасс

(термопластов) приведены в табл. 39.

Полярные

термопластичные пластмассы. К полярным пластикам отно-

сятся фторопласт-3, органическое стекло, поливинилхлорид, полиамиды,

полиуретаны, полиэтнлентерефталат, поликарбонат, полиарилаты, пента-

пласт, полиформальдегид.

Фпюроп.тст-З

(фторлон-3) — полимер трифторхлорэтилена, имеет фор-

мулу

( — CF

— CFC1 — )„ и является кристаллическим полимером.

Введение атома

хлора

нарушает симметрию звеньев макромолекул, ма-

териал становится полярным. Диэлектрические свойства снижаются, но по-

является пластичность и облегчается переработка материала в изделия.

Фторопласт-3, медленно охлажденный после формования, имеет кристал-

личность около 80 — 85%, а закаленный.— 30 — 40%. Интервал рабочих тем-

ператур от — 105 до + 70 С. При температуре 315 С начинается термиче-

ское разрушение.

Хладотекучесть

полимера проявляется слабее, чем

у фторопласта-4. По химической стойкости

уступает

политетрафторэтиле-

ну, но все же

обладает

высокой стойкостью к действию кислот, окислите-

лей, растворов щелочей и органических растворителей.

Модифицированный

иолитрифторхлорэтилен, выпускаемый под назва-

нием

фторопласт-3М,

обладает

большей теплостойкостью (рабочая темпе-

ратура

150

—170°С),

он более эластичен и

легче

формуется, чем фторо-

пласт-3.

Фторопласт-3 используют как низкочастотный диэлектрик, кроме того,

из

него изготовляют

трубы,

шланги, клапаны, насосы, защитные покрытия

металлов и др.

Органическое

стекло

— это прозрачный аморфный термопласт на осно-

ве сложных эфиров акриловой и метакриловой кислот. Чаще всего приме-

няется

полиметилметакрилат, иногда пластифицированный дибутилфтала-

том. Материал более чем в 2 раза

легче

минеральных стекол (р =

1,18 г/см

), отличается высокой ат.мосферостойкостыо, оптически прозра-

чен (светопрозрачность 92%). пропускает 75%, ультрафиолетовых

лучей

(сили-

катные —

0,5%).

При температуре 80 С органическое стекло начинает раз-

400