Эластомеры и полимеры

Эластомеры (резина и резиноподобные материалы) применяются для изготовления шлангов и различных уплотняющих прокладок. Основные свойства: давление пара (газоотдача) и упругость (допустимое сжатие и остаточная деформация) в основном зависят от температуры и силы сжатия.

Резина из натурального каучука, полученного из сока дерева гевея, состоит из C_nH_m, H₂O, смол, белка и минеральных включений. Процесс изготовления каучука включает операции: тщательная промывка сока и разминание на специальных машинах до получения пластического состояния; смешивание с различными наполнителями в зависимости от назначения резины (газовая сажа, окись цинка, жиры, масла, вар); смешивание с серным цветом и вулканизация при нагреве до 130 – 140 ^оС с ускорителями (гексаметилететрамин, ксантогенаты), которые не только ускоряют вулканизацию, но и приводят к снижению содержания серы до 1,5 %. После вулканизации образуются поперечные сетчатые молекулы, увеличивающие упругость, состоящие из углеродной цепи с серой в качестве мостиков.

Для уменьшения газоотдачи резины рекомендуется перед использованием обезгаживать ее несколько часов в высоком вакууме при температуре 70 ^оС. Если шланги будут контактировать с парами ртути, то необходимо освободить их внутреннюю поверхность от серы, пропуская через них в течение 1 ч нагретый до 70 ^оС 20 % раствор КОН с последующей промывкой дист. Н₂О и сушкой чистым воздушным потоком. Нельзя (!) использовать шланги из вулканизированной резины для подведения наполняющих и защитных газов и в готовых приборах. Диапазон рабочих температур рассматриваемой резины – от 20 до 70 ^оС. Н₂О, С₂Н₅ОН и ацетон сырой каучук не растворяют, растворяют каучук H₂SO₄, эфир, бензол, четыреххлористый углерод, бензин, керосин, толуол (после набухания). Реагируют с этой резиной щелочноземельные металлы и ионизованные пары Hg. Резина стареет под действием тепла, света, О₂ и особенно О₃.

Синтетическая резина на углеродной основе обладает рядом положительных свойств (маслоустойчивость, повышенная прочность на истирание и др.). Она выпускается под маркой «неопрен» (у нас – «совпрен») – это хлоробутадиенполимер. Сера для полимеризации не используется. Широко применяется в вакуумной технике, особенно в качестве уплотняющего материала. Неопрен менее газопроницаем, чем натуральная резина. Свежий неопрен также рекомендуется обезгаживать (несколько часов при 90 ^оС).

Силиконовая резина (силиконовый каучук) – высокополимерный диметилполисилоксан со сруктурой

Главное отличие от описанной выше синтетической резины заключается в расширении диапазона рабочих температур в низкую и высокую область.

Силиконовая резина изготавливается путем гидролиза тщательно очищенного диметилдихлорсилана (получается из песка SiO₂ и органических хлорных соединений) и многократной конденсации полученного таким образом силиконового масла с кислыми или щелочными катализаторами. Для получения оптимальной механической прочности используются активные наполнители (аэрозоли), для большей твердости – неактивные наполнители (диатомовые земли), полное содержание примесей от 25 до 60 мас.%.

Изделия необходимой формы получают путем машинной формовки или пропусканием через пресс-машину, после чего они вулканизируются при 120 – 250 ^оС (от несколько часов до 10 мин) в зависимости от наполнителей. Для ускорения вулканизации применяются ускорители (органические примеси). Далее изделия подвергают старению – при нагреве 150 ^оС в течение 12 ч (получение наименьшей остаточной деформации) и еще 12 ч при 200 ^оС (для улучшения механических, электрических и химических свойств).

Основное преимущество силиконовой резины заключается в том, что по прочности на разрыв (при температуре > 125 ^оС) она превосходит синтетическую резину (последняя при такой температуре уже не работает), кроме этого она может многократно использоваться после снятия нагрузки, имеет лучшую устойчивость против атмосферного воздуха, нечувствительна к воздействию минеральных масел. Но она неустойчива к концентрированным кислотам и щелочам – при их воздействии происходит расщепление связи Si – О, т.е. идет деполимеризация.

Фторуглероды

Преимущества: химическая стойкость (появились сначала в атомной энергетике), эластичность, относительно низкое давление паров. Недостатки: меньшая упругость и ограниченная стабильность (холодная текучесть), высокая стоимость.

Тефлон (тетрафторхлорэтилен)

получают из хлороформа и HF путем отщепления НCl и полимеризации под высоким давлением с катализатором – получается бело-зеленоватый воскообразный порошок. Перерабатывается холодной формовкой под давлением (140 атм) (химические соединения не действуют на порошок) с последующим спеканием при 327 ^оС (0,5 – 6 ч), получается вязкая беспористая масса, из которой вырабатываются листы, стержни, трубки, шланги, пленки, волокна, порошок (или взвеси и лаки с содержанием тефлона 35 – 65 %).

Свойства тефлона:

- он не имеет определенной точки плавления, упругость сохраняется от -100 до +300 ^оС, при 327 ^оС. Точка превращения – кривая теплового расширения испытывает изгиб, при температурах выше 327 ^оС начинает уменьшаться прочность на растяжение, из кристаллического переходит в аморфное состояние, затем в состояние студня и при 400 ^оС распадается на жидкие фторсодержащие соединения;

- обладает хорошими скользящими свойствами, из него делают хорошие сальники, но нужно уплотнение все время подтягивать (увеличивать усилия);

- имеет заметно меньшую газоотдачу по сравнению с синтетическими резинами и в 10 раз меньшую по сравнению с натуральной резиной; - давление паров тефлона в 10 раз меньше давления паров натуральной резины;

- обладает высоким удельным сопротивлением и небольшими диэлектрическими потерями;

- обладает исключительной химической стойкостью;

- это негорючий материал;

- растворяется только в расплавленных щелочных металлах;

- до 250 ^оС неядовит, только с 250 ^оС (при 315 ^оС заметно) выделяет ядовитые F-содержащие соединения;

- его нельзя склеить, соединить можно при давлении 3 – 5 атм при 327 – 366 ^оС – работу обязательно проводить в вытяжном шкафу;

- тефлон можно модифицировать, графит, например, увеличивает прочность на сжатие и теплопроводность, уменьшает тепловое расширение.

Политрифторхлорэтилен – изделия также получаются из порошка путем спекания под давлением, при этом нужна температура 240 – 280 ^оС. При быстром охлаждении после формования получается прозрачное изделие, при медленном охлаждении получается помутневший материал. Формула материала

Отечественные фторполимеры рассмотрены в [22], а возможности применения лаковых фторполимеров – в [9, 12, 19, 23 – 25].

Задания для самостоятельной работы

1. Технология изготовления резины из натурального каучука.

2. Процессы изготовления изделий из синтетической и силиконовой резины.

3. Основные свойства фторполимеров и области их применения.

4. Лаковые фторполимеры, их свойства, технология нанесения покрытий на изделия.

Дата добавления: 2014-11-25