Полидициклопентадиен ( ПДЦПД ) представляет собой полимерный материал, который образуется в результате метатезисной полимеризации с раскрытием цикла [2] (ROMP) дициклопентадиена (ДЦПД). ПДЦПД демонстрирует высокую степень сшивки , что придает ему такие свойства, как высокая ударопрочность , хорошая стойкость к химической коррозии и высокая температура теплового отклонения . ПДЦПД часто используется в автомобильной промышленности для изготовления панелей кузова, бамперов и других компонентов грузовых автомобилей, автобусов, тракторов и строительной техники. PDCPD исследуется на предмет создания пористых материалов для тканевой инженерии или хранения газа, а также для самовосстанавливающихся полимеров . [3]
Полимеризация может быть достигнута за счет использования различных катализаторов на основе переходных металлов , таких как рутений, молибден, вольфрам и титан, а также в безметалловых условиях посредством фотоокислительно-восстановительного катализа . Точная структура полимера ПДЦПД зависит от условий реакции, используемых для полимеризации. Хотя сшитый полимер может возникнуть в результате метатезиса обоих алкенов в исходном мономере, было высказано предположение, что многие условия полимеризации приводят к тому, что только напряженное норборненовое кольцо в мономере подвергается метатезису олефинов, в то время как последующие стадии сшивания являются результатом термической конденсации остальных олефинов. в линейном полимере. [3] Несколько новых каталитических систем для синтеза линейного ПДХПД были успешно запущены [4] с использованием гексахлорида вольфрама , окситетрахлорида вольфрама (VI) и кремнийорганических соединений.
Реагирующая система составлена так, чтобы максимизировать скорость реакции, и в этой системе два компонента должны быть смешаны в соотношении равного объема. Оба компонента содержат в основном ДЦПД с некоторыми дополнительными добавками. Каталитическая система разделена на две части, каждая из которых представляет собой отдельный компонент. Когда оба компонента смешиваются, вся каталитическая система рекомбинируется и становится активной. Это важное отличие от других систем реакционного литья под давлением (RIM), таких как полиуретан , поскольку реакция не является стехиометрической . Объемное соотношение 1:1 для формования ДЦПД не имеет решающего значения, поскольку оно не представляет собой комбинацию двух разных химических элементов для образования определенной матрицы . Однако значительные изменения соотношения замедлят реактивность системы, поскольку образуется меньше активных ядер реакции.
Смолы DCPD преобразуются с использованием оборудования RIM высокого давления, которое используется в полиуретановой промышленности, с некоторыми небольшими изменениями, которые следует учитывать. Самым важным изменением является то, что смола никогда не может контактировать с воздухом или влагой, что требует азотной подушки в резервуарах. Инструменты или формы представляют собой закрытые инструменты и зажимаются с помощью гидравлического пресса . Поскольку во время реакции смолы сжимаются примерно на 6% по объему, этим прессам (также называемым зажимными устройствами) не приходится выдерживать высокое давление, например, для формования листов (SMC) или вспенивающегося полиуретана.
Большая часть инструментов для PDCPD изготовлена из алюминия . Плоские детали могут быть изготовлены из обработанного алюминия, а более глубокие детали трехмерной формы часто изготавливаются из литого алюминия. Важно учитывать объемную усадку, а вокруг всех полостей необходимо использовать прокладки .
Жидкая смола имеет относительную плотность 0,97 и вступает в реакцию с твердой смолой с относительной плотностью 1,03, что составляет объемную усадку 6%. Поскольку большинство деталей представляют собой панели, большая часть усадки будет происходить по оси Z, что приводит к изменению толщины. Это приводит к саморасформовыванию деталей, поскольку они не имеют хорошего контакта с внутренней стороной (т.е. задней стороной) инструмента.
Реагирующая система всегда определяется температурой – в любой ее форме. Это означает, что температура жидких компонентов оказывает сильное влияние на реакционную способность. Чтобы гарантировать, что одна сторона имеет требуемую чистоту поверхности, температура на этой стороне должна быть выше, чем на внутренней стороне. Поэтому обе половины инструмента подвергаются отпуску при разной температуре с типичными значениями 60 °C и 80 °C.
Типичное время цикла формования деталей составляет от 4 до 6 минут.
PDCPD имеет несколько полезных свойств:
PDCPD не содержит армированного волокна, хотя версия, армированная волокном, находится в разработке. PDCPD позволяет изменять толщину всей детали, включать ребра и заливать вставки для несложной сборки деталей. ПДЦПД нельзя красить в массе, его необходимо красить после формования.
Поскольку ПДЦПД все еще является новым материалом, количество применений весьма ограничено. Основное применение - кузовные панели, в основном для тракторов , строительной техники , грузовиков и автобусов . В промышленном применении в основном используются компоненты для производства хлор-щелочи (например, крышки ячеек для электролизеров ). Он используется в других приложениях, где требуется ударопрочность в сочетании с жесткостью, трехмерным дизайном и/или устойчивостью к коррозии.
ПДЦПД не подлежит вторичной переработке. В июле 2020 года исследователи сообщили о разработке технологии производства разлагаемой версии этого прочного термореактивного пластика , которая также может применяться к другим пластикам, которые не входят в число 75% пластмасс, подлежащих вторичной переработке . [6] [7]