Термопластик , или термопластичный пластик , — это любой пластиковый полимерный материал , который становится пластичным или формуемым при определенной повышенной температуре и затвердевает при охлаждении. [1] [2]
Большинство термопластиков имеют высокую молекулярную массу . Полимерные цепи связаны межмолекулярными силами , которые быстро ослабевают с повышением температуры, давая вязкую жидкость. В этом состоянии термопластики могут быть переформированы и обычно используются для производства деталей с помощью различных методов обработки полимеров, таких как литье под давлением , компрессионное формование , каландрирование и экструзия . [3] [4] Термопластики отличаются от термореактивных полимеров (или «термореактивных материалов»), которые образуют необратимые химические связи в процессе отверждения. Термореактивные материалы не плавятся при нагревании, но обычно разлагаются и не восстанавливаются при охлаждении.
Выше температуры стеклования и ниже температуры плавления физические свойства термопластика резко изменяются без соответствующего фазового перехода . Некоторые термопластики не полностью кристаллизуются ниже температуры стеклования, сохраняя некоторые или все свои аморфные характеристики. Аморфные и полуаморфные пластики используются, когда необходима высокая оптическая прозрачность , поскольку свет сильно рассеивается кристаллитами, размер которых больше его длины волны. Аморфные и полуаморфные пластики менее устойчивы к химическому воздействию и растрескиванию под воздействием окружающей среды, поскольку у них отсутствует кристаллическая структура.
Хрупкость можно уменьшить добавлением пластификаторов , что увеличивает подвижность аморфных сегментов цепи, эффективно снижая температуру стеклования. Модификация полимера путем сополимеризации или путем добавления нереакционноспособных боковых цепей к мономерам перед полимеризацией также может ее снизить. До того, как были использованы эти методы, пластиковые детали автомобилей часто трескались при воздействии низких температур. Это линейные или слегка разветвленные длинноцепочечные молекулы, способные многократно размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении.
Сегодняшнюю акриловую промышленность можно разделить на два отдельных многомиллиардных рынка: с одной стороны, рынок полиакриловых кислот (PAA) и ее производных эфиров (PAc), с другой стороны, рынок полиметилметакрилата (PMMA). [5] PMMA также известен под такими торговыми наименованиями, как Lucite, Perspex и Plexiglas. Он служит прочной заменой стеклу для таких предметов, как аквариумы, кнопки, козырьки мотоциклетных шлемов, окна самолетов, смотровые окна подводных аппаратов и линзы внешних огней автомобилей. Он широко используется для изготовления знаков, включая надписи и логотипы. В медицине он используется в костном цементе и для замены глазных линз. Акриловая краска состоит из частиц PMMA, взвешенных в воде.
На протяжении многих десятилетий ПММА был преобладающим метакриловым эфиром, производимым во всем мире. Основными игроками на рынке ПММА являются Mitsubishi Rayon (Япония), Arkema SA (Франция), LG MMA (Южная Корея), Chi Mei Corp. (Тайвань), Sumimoto Chemical Company Ltd (Япония), Evonik Industries (Германия), BASF (Германия), Dow Chemical Company (США), AkzoNobel (Нидерланды), Quinn Plastics (Великобритания) и Cytec Industries (США). Что касается рынка ПАА и ПАУ, основными производителями являются Nippon Shokubai Company Ltd. (Япония), Arkema SA (Франция) и Dow Chemical Company (США)
Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС) — это терполимер, синтезированный из стирола и акрилонитрила в присутствии полибутадиена . АБС — это легкий материал, который обладает высокой ударопрочностью и механической прочностью. Он представляет мало рисков для здоровья человека при нормальном обращении. Он используется во многих потребительских товарах, таких как игрушки, бытовая техника и телефоны.
Нейлон относится к классу полимеров, называемых полиамидами . Он служил в качестве замены в основном пеньке, хлопку и шелку в таких изделиях, как парашюты, шнуры, паруса, бронежилеты и одежда. Нейлоновые волокна полезны при изготовлении тканей, веревок, ковров и музыкальных струн, тогда как в объемном виде нейлон используется для механических деталей, включая винты машин, шестерни и корпуса электроинструментов. Кроме того, он используется в производстве термостойких композитных материалов.
Полимолочная кислота (полилактид) — это компостируемый термопластичный алифатический полиэфир , получаемый из возобновляемых ресурсов , таких как кукурузный крахмал (в США), жом сахарной свеклы (в Европе), корни тапиоки , чипсы или крахмал (в основном в Азии) или сахарный тростник . Это наиболее распространенный материал, используемый для 3D-печати с использованием методов послойного наплавления (FDM).
Полибензимидазольное волокно (PBI, сокращение от Poly-[2,2'-(m-phenylen)-5,5'-bisbenzimidazole]) — синтетическое волокно с очень высокой температурой плавления. Оно обладает исключительной термической и химической стабильностью и не легко воспламеняется. Впервые оно было обнаружено американским химиком-полимерщиком Карлом Шиппом Марвелом в поисках новых материалов с превосходной стабильностью, сохранением жесткости и прочности при повышенной температуре. Благодаря своей высокой стабильности полибензимидазол используется для изготовления высокоэффективной защитной одежды, такой как одежда пожарных, скафандры астронавтов, высокотемпературные защитные перчатки, одежда сварщиков и ткани для стенок самолетов. В последние годы полибензимидазол нашел свое применение в качестве мембраны в топливных элементах.
Поликарбонатные (ПК) термопластики известны под такими торговыми марками, как Lexan, Makrolon, Makroclear и arcoPlus. Они легко обрабатываются, формуются и термоформуются для многих применений, таких как электронные компоненты, строительные материалы, устройства хранения данных, автомобильные и авиационные детали, контрольные гнезда в протезах и защитное остекление. Поликарбонаты не имеют уникального идентификационного кода смолы. Изделия из поликарбоната могут содержать прекурсорный мономер бисфенол А (BPA). Подвержены воздействию ультрафиолетового света, воздействие приводит к пожелтению (деградация особенно заметна в фарах, которые потеряли или не имели надлежащего защитного покрытия).
Полиэфирсульфон (ПЭС) или полисульфон — это класс специально разработанных термопластов [6] с высокой термической, окислительной и гидролитической стабильностью, а также хорошей стойкостью к водным минеральным кислотам, щелочам, солевым растворам, маслам и смазкам.
Полиоксиметилен (ПОМ), также известный как ацеталь, полиацеталь и полиформальдегид, — это конструкционный термопластик, используемый в прецизионных деталях, требующих высокой жесткости, низкого трения и превосходной размерной стабильности. Как и многие другие синтетические полимеры, он производится различными химическими фирмами с немного отличающимися формулами и продается под разными названиями, такими как Delrin, Celcon, Ramtal, Duracon, Kepital и Hostaform.
Полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) — бесцветный органический термопластичный полимер семейства полиарилэфиркетон (ПАЭК), используемый в инженерных приложениях. Первоначально он был представлен Victrex PLC, затем ICI (Imperial Chemical Industries) в начале 1980-х годов. Он обладает привлекательными свойствами, такими как хорошая стойкость к истиранию, низкая воспламеняемость и выделение дыма и токсичных газов.
Полиэфиримид (ПЭИ), полученный с помощью новой реакции нитрозамещения с участием бисфенола А, 4,4'-метилендианилина и 3-нитрофталевого ангидрида, имеет высокую температуру тепловой деформации, прочность на разрыв и модуль. Они обычно используются в высокопроизводительных электрических и электронных деталях, микроволновых приборах и подкапотных автомобильных деталях.
Полиэтилен (полиэтилен, полиэтилен, ПЭ) — это семейство схожих материалов, классифицируемых по плотности и молекулярной структуре. Он также известен как поли и получается путем полимеризации этилена. Он может иметь низкую или высокую плотность в зависимости от процесса, используемого при его производстве. Он устойчив к влаге и большинству химикатов. Он гибок при комнатной температуре (и низкой температуре) и может быть запаян под давлением. Поскольку это недорогой пластик, его производят в больших количествах, чтобы удовлетворить спрос. Например:
Полифениленоксид (PPO), который получают путем свободнорадикальной ступенчатой окислительной полимеризации 2,6-ксиленола, обладает многими привлекательными свойствами, такими как высокая тепловая деформация и ударная прочность, химическая устойчивость к минеральным и органическим кислотам и низкое водопоглощение. PPO трудно обрабатывать, поэтому коммерческая смола (Noryl) производится путем смешивания PPO с ударопрочным полистиролом (HIPS), что позволяет снизить температуру обработки.
Полифениленсульфид (PPS), полученный путем конденсационной полимеризации п-дихлорбензола и сульфида натрия, обладает исключительной химической стойкостью, хорошими электрическими свойствами, превосходной огнестойкостью, низким коэффициентом трения и высокой прозрачностью для микроволнового излучения. PPS в основном используется в покрытиях. Это делается путем распыления водной суспензии частиц PPS и нагревания до температур выше 370 °C. Определенные марки PPS могут использоваться при литье под давлением и компрессионном формовании при температурах (от 300 до 370 °C), при которых частицы PPS размягчаются и подвергаются явному сшиванию. Основные области применения литьевого и компрессионного формования PPS включают кухонную посуду, подшипники и детали насосов для эксплуатации в различных коррозионных средах.
Полипропилен (ПП) полезен для таких разнообразных продуктов, как многоразовые пластиковые контейнеры для пищевых продуктов, пластиковые контейнеры, пригодные для микроволновой печи и посудомоечной машины , подкладка для подгузников , подкладка и оболочка гигиенических прокладок , веревки, ковры, пластиковые молдинги, трубопроводные системы, автомобильные аккумуляторы , изоляция для электрических кабелей и фильтры для газов и жидкостей. В медицине он используется при лечении грыжи и для изготовления термостойкого медицинского оборудования. Листы полипропилена используются для канцелярских папок, упаковки и прозрачных контейнеров для хранения. Полипропилен определяется перерабатываемым пластиком номером 5. Хотя он относительно инертен, он уязвим для ультрафиолетового излучения и может значительно разрушаться под прямыми солнечными лучами. Полипропилен не такой ударопрочный, как полиэтилены (HDPE, LDPE). Он также несколько проницаем для высоколетучих газов и жидкостей.
Полистирол производится в различных формах, которые имеют различные области применения и могут иметь среднюю или очень низкую плотность. Экструдированный полистирол (PS или xPS, иногда окрашенный в розовый/голубой цвет) используется в производстве одноразовых столовых приборов, жесткого изоляционного пенокартона с номинальным контактом с землей, коробок для CD и DVD, пластиковых моделей автомобилей и лодок, а также корпусов для дымовых извещателей. Вспененный полистирол (EPS или «пенополистирол», белый) используется для изготовления изоляционных и упаковочных материалов, таких как «арахис» и формованный пенопласт, используемый для амортизации хрупких продуктов. Сополимеры полистирола используются в производстве игрушек и корпусов продуктов.
Поливинилхлорид (ПВХ) — это прочный, легкий материал, который долговечен, довольно жесткий и универсальный, устойчив к кислотам и основаниям. Большая его часть используется в строительной промышленности, например, для винилового сайдинга, водосточных труб, желобов и кровельных листов. Он также преобразуется в гибкие формы с добавлением пластификаторов, что делает его полезным для таких предметов, как шланги, трубки, электроизоляция, пальто, куртки и обивка. Гибкий ПВХ также используется в надувных изделиях, таких как водяные кровати и игрушки для бассейнов. ПВХ также является распространенным материалом в виниловых фигурках , особенно в таких странах, как Япония , где этот материал широко используется в так называемых фигурках Sofubi (мягкие виниловые игрушки [7] ). Поскольку ПВХ легко гнется и имеет тенденцию изгибаться при транспортировке, метод смягчения этой деформации заключается в нагревании пластика до тех пор, пока он не станет подвижным, а затем в придании материалу желаемой формы.
ПВХ производится во многих специфических модификациях для воздействия на его химические и физические свойства. В пластифицированном поливинилхлориде (pPVC) пластификаторы добавляются к сырью перед формованием, чтобы сделать его более гибким или пластичным. Вначале аспекты здоровья и окружающей среды были плохо изучены, и после исследований последовали замены и запреты на продукцию. Первоначальную форму часто называют непластифицированным поливинилхлоридом (uPVC), который является наиболее часто используемым типом для таких установок, как водопровод, канализация и канализация.
Химическая модификация часто приводит к более радикальным изменениям свойств. Хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ) производится путем воздействия на ПВХ непрерывной реакции свободнорадикального хлорирования , которая изначально формирует полимер ПВХ. Реакция хлорирования продолжает добавлять атомы хлора к углеводородной основе полимера до тех пор, пока большинство коммерческих применений не достигнет процентного диапазона от 56 до 74% общего хлора. [8] Это увеличение содержания элементарного хлора способствует повышению в ХПВХ характеристик на основе хлора, таких как химическая стойкость, устойчивость к кислотам, основаниям и солям; восприимчивость к соединениям на основе аммиака, ароматическим соединениям, сложным эфирам, кетонам; [9] химическая стабильность; устойчивость к передаче тепловой энергии. ХПВХ обычно используется в системах подачи воды, химикатов, горячего и холодного воздуха для жилых, коммерческих и промышленных применений.
Поливинилиденфторид , PVDF , относится к классу фторполимеров термопластиков и известен своей высокой химической инертностью и стойкостью. PVDF получают путем полимеризации мономера винилиденфторида. Термопластик PVDF изготавливается в виде листов и труб для инженерных целей, а также порошков и покрытий , которые можно растворять в растворителях и наносить на поверхность продукта. PVDF широко используется в химической промышленности в качестве трубопроводов для агрессивных химикатов и жидкостей высокой чистоты. Материал PVDF используется в строительстве, транспорте, химических процессах, электричестве, батареях, сточных водах и очистке. [10]
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) — синтетический фторполимер тетрафторэтилена , широко известный под торговой маркой Teflon . ПТФЭ гидрофобен : водные жидкости не смачивают материал, поскольку фторуглероды демонстрируют смягченные силы дисперсии Лондона из-за высокой электроотрицательности фтора. Это также подтверждает его использование в покрытиях кухонной посуды. Полимер имеет один из самых низких коэффициентов трения среди всех твердых тел и поэтому обычно используется для подшипников и опор движущихся механических частей.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Медиа, связанные с термопластиком на Wikimedia Commons