Термопластик или термопластичный пластик — это любой пластичный полимерный материал, который становится гибким или формуемым при определенной повышенной температуре и затвердевает при охлаждении . [1] [2]
Большинство термопластов имеют высокую молекулярную массу . Полимерные цепи соединяются за счет межмолекулярных сил , которые быстро ослабевают при повышении температуры, образуя вязкую жидкость. В этом состоянии термопластам можно придать новую форму, и они обычно используются для производства деталей с помощью различных методов обработки полимеров, таких как литье под давлением , компрессионное формование , каландрирование и экструзия . [3] [4] Термопласты отличаются от термореактивных полимеров (или «термореактивных»), которые образуют необратимые химические связи в процессе отверждения. Реактопласты не плавятся при нагревании, но обычно разлагаются и не преобразуются при охлаждении.
Выше температуры стеклования и ниже температуры плавления физические свойства термопласта резко изменяются без соответствующего фазового изменения . Некоторые термопласты 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 превышает его длину 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 , которые увеличивают подвижность сегментов аморфной цепи и эффективно снижают температуру стеклования. Модификация полимера путем сополимеризации или путем добавления нереакционноспособных боковых цепей к мономерам перед полимеризацией также может снизить его. До того, как были использованы эти методы, пластиковые детали автомобилей часто трескались под воздействием 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 полиакриловой кислоты (ПАА) и ее эфирных производных (ПАс), с другой стороны, рынок полиметилметакрилата (ПММА). [5] ПММА также известен под такими торговыми названиями, как Lucite, Perspex и Plexiglas. Оно служит надежной заменой стекла для таких предметов, как аквариумы, пуговицы, козырьки мотоциклетных шлемов, окна самолетов, смотровые окна подводных аппаратов и линзы наружных фонарей автомобилей. Он широко используется для изготовления вывесок, в том числе надписей и логотипов. В медицине его используют в костном цементе и для замены глазных линз. Акриловая краска состоит из частиц ПММА, взвешенных в воде.
На протяжении многих десятилетий ПММА был преобладающим эфиром метакриловой кислоты, производимым во всем мире. Крупнейшими 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 ПАк, то ключевыми производителями являются Nippon Shokubai Company Ltd. (Япония), Arkema SA (Франция) и Dow Chemical Company (США).
Акрилонитрилбутадиенстирол (АБС) — терполимер , синтезированный из стирола и акрилонитрила в присутствии полибутадиена . ABS – легкий материал, обладающий высокой ударопрочностью и механической прочностью. При нормальном обращении он представляет мало риска для здоровья человека. Он используется во многих потребительских товарах, таких как игрушки, бытовая техника и телефоны.
Нейлон принадлежит к классу полимеров, называемых полиамидами . Он служил заменителем главным образом конопли, хлопка и шелка в таких изделиях, как парашюты, шнуры, паруса, бронежилеты и одежда. Нейлоновые волокна используются при изготовлении тканей, веревок, ковров и музыкальных струн, тогда как в массовом виде нейлон используется для изготовления механических деталей, включая винты машин, шестерни и корпуса электроинструментов. Кроме того, его используют при производстве термостойких композиционных материалов.
Полимолочная кислота (полилактид) представляет собой компостируемый термопластичный алифатический полиэфир , полученный 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 моделирования наплавлением (FDM).
Полибензимидазол (PBI, сокращение от поли-[2,2'-(м-фенилен)-5,5'-бисбензимидазол]) представляет собой синтетическое волокно с очень высокой температурой плавления. Он обладает исключительной термической и химической стабильностью и трудно воспламеняется. Впервые он был обнаружен американским химиком-полимерщиком Карлом Шиппом Марвелом в поисках новых материалов с превосходной стабильностью, сохранением жесткости и ударной вязкостью при повышенной температуре. Благодаря своей высокой стабильности полибензимидазол используется для изготовления высокоэффективной защитной одежды, такой как снаряжение пожарных, скафандры космонавтов, защитные перчатки для высоких температур, одежда сварщиков и стеновые ткани для самолетов. В последние годы полибензимидазол нашел свое применение в качестве мембран в топливных элементах.
Поликарбонатные (ПК) термопласты известны под такими торговыми марками, как Lexan, Makrolon, Makroclear и arcoPlus. Их легко обрабатывать, формовать и термоформовать для многих применений, таких как электронные компоненты, строительные материалы, устройства хранения данных, детали автомобилей и самолетов, контрольные розетки в протезах и защитное остекление. Поликарбонаты не имеют уникального идентификационного кода смолы. Предметы из поликарбоната могут содержать мономер-прекурсор бисфенол А (BPA). Восприимчивы к ультрафиолетовому излучению, воздействие приводит к пожелтению (деградация особенно заметна в фарах, которые потеряли или не имели надлежащего защитного покрытия).
Полиэфирсульфон (ПЭС) или полисульфон представляет собой класс специально разработанных термопластов [6] с высокой термической, окислительной и гидролитической стабильностью, а также хорошей устойчивостью к водным минеральным кислотам, щелочам, соляным растворам, маслам и жирам.
Полиоксиметилен (ПОМ), также известный как ацеталь, полиацеталь и полиформальдегид, представляет собой технический термопласт, используемый в прецизионных деталях, требующих высокой жесткости, низкого трения и превосходной стабильности размеров. Как и многие другие синтетические полимеры, он производится разными химическими фирмами с немного разными формулами и продается под разными названиями, такими как Делрин, Целкон, Рамтал, Дуракон, Кепитал и Хостаформ.
Полиэфирэфиркетон (PEEK) представляет собой бесцветный органический термопластичный полимер из семейства полиарилэфиркетонов (PAEK), используемый в инженерных целях. Первоначально он был представлен компанией Victrex PLC, а 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 (PEI), 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 упругости. Обычно они используются в высокопроизводительных электрических и электронных деталях, микроволновых приборах и автомобильных деталях.
Полиэтилен (полиэтилен, полиэтилен, ПЭ) — это семейство аналогичных материалов, классифицированных по плотности и молекулярной структуре. Он также известен как поли и получается путем аддитивной 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 термосварен. Поскольку это недорогой пластик, его производят в больших количествах, чтобы удовлетворить спрос. Например:
Полифениленоксид (ПФО), который получают в результате свободнорадикальной ступенчатой окислительной полимеризации 2,6-ксиленола, обладает многими привлекательными свойствами, такими как высокая тепловая деформация и ударная вязкость, химическая стабильность к минеральным и органическим кислотам и низкое водопоглощение. ППО трудно перерабатывать, поэтому коммерческая смола (норил) производится путем смешивания ППО с ударопрочным полистиролом (HIPS), что позволяет снизить температуру обработки.
Полифениленсульфид (ПФС), полученный конденсационной полимеризацией п-дихлорбензола и сульфида натрия, обладает исключительной химической стойкостью, хорошими электрическими свойствами, отличной огнестойкостью, низким коэффициентом трения и высокой прозрачностью для микроволнового излучения. PPS в основном используется в покрытиях. Это делается путем распыления водной суспензии частиц ПФС и нагревания до температуры выше 370 °C. Определенные марки ПФС можно использовать при литье под давлением и компрессионном формовании при температурах (от 300 до 370 ° C), при которых частицы ПФС размягчаются и подвергаются видимому сшиванию. Основные области применения PPS, полученного литьем под давлением и прессованием, включают посуду, подшипники и детали насосов для работы в различных агрессивных средах.
Полипропилен (ПП) используется для таких разнообразных продуктов, как многоразовые пластиковые контейнеры для пищевых продуктов, пластиковые контейнеры , которые можно использовать в микроволновой печи и посудомоечной машине , подкладка для подгузников , подкладка и оболочка гигиенических прокладок, веревки, ковры, пластиковые молдинги, системы трубопроводов, автомобильные аккумуляторы , изоляция для электрооборудования. кабели и фильтры для газов и жидкостей. В медицине его используют при лечении грыж и для изготовления термостойкого медицинского оборудования. Листы полипропилена используются для изготовления папок и упаковки для канцелярских товаров, а также для изготовления прозрачных контейнеров для хранения. Полипропилен определяется как перерабатываемый пластик под номером 5. Несмотря на то, что он относительно инертен, он уязвим к ультрафиолетовому излучению и может значительно разлагаться под прямыми солнечными лучами. Полипропилен не так ударостоек, как полиэтилены (ПВД, ПВД). Он также в некоторой степени проницаем для легколетучих газов и жидкостей.
Полистирол производится в различных формах, которые имеют различное применение и могут иметь плотность от средней до очень низкой. Экструдированный полистирол (PS или xPS, иногда окрашенный в розовый/синий цвет) используется при производстве одноразовых столовых приборов, жесткого изоляционного пенопласта, рассчитанного на контакт с землей, футляров для компакт-дисков и DVD-дисков, пластиковых моделей автомобилей и лодок, а также корпусов детекторов дыма. Пенополистирол (EPS или «пенопласт», белый) используется при изготовлении изоляционных и упаковочных материалов, таких как «арахис» и формованный пенопласт, используемый для амортизации хрупких продуктов. Сополимеры полистирола используются при производстве игрушек и оболочек изделий.
Поливинилхлорид (ПВХ) — прочный, легкий, прочный, достаточно жесткий и универсальный материал, устойчивый к кислотам и щелочам. Большая часть его используется в строительной отрасли, например, для изготовления винилового сайдинга, водосточных труб, желобов и кровельных листов. Его также преобразуют в гибкие формы с добавлением пластификаторов, что делает его полезным для таких изделий, как шланги, трубки, электроизоляция, пальто, куртки и обивка. Гибкий ПВХ также используется в надувных изделиях, таких как водяные кровати и игрушки для бассейна. ПВХ также является распространенным материалом для изготовления виниловых фигурок , особенно в таких странах, как Япония , где этот материал широко используется в так называемых фигурках Софуби (Мягкие виниловые игрушки [7] ). Поскольку ПВХ легко сгибается и имеет тенденцию сгибаться во время транспортировки, метод смягчения этой деформации заключается в нагреве пластика до тех пор, пока он не станет подвижным, а затем придании материалу желаемой формы.
ПВХ производится во многих специфических модификациях, влияющих на его химические и физические свойства. В пластифицированный поливинилхлорид (пПВХ) перед формованием в сырье добавляются пластификаторы , чтобы сделать его более гибким или податливым. Вначале аспекты этого процесса для здоровья и окружающей среды были плохо изучены, и после исследований последовали замены и запреты на продукцию. Исходную форму часто называют непластифицированным поливинилхлоридом (НПВХ), который является наиболее часто используемым типом для таких систем, как водопровод, канализация и канализация.
Химическая модификация часто приводит к более радикальным изменениям свойств. Хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ) производится путем воздействия на ПВХ продолжающейся реакции свободнорадикального хлорирования , в результате которой первоначально образуется полимер ПВХ. Реакция хлорирования продолжает добавлять атомы хлора к углеводородной основной цепи полимера до тех пор, пока в большинстве коммерческих приложений процентное содержание общего хлора не достигнет 56–74%. [8] Такое увеличение содержания элементарного хлора способствует усилению проявления ХПВХ характеристик на основе хлора, таких как химическая стойкость, стойкость к кислотам, основаниям и солям; восприимчивость к соединениям на основе аммиака, ароматическим веществам, эфирам, кетонам; [9] химическая стабильность; сопротивление передаче тепловой энергии. ХПВХ обычно используется в системах водоснабжения, химической, горячей и холодной воды в жилых, коммерческих и промышленных целях.
Поливинилиденфторид, ПВДФ , относится к классу фторполимерных термопластов и известен своей высокой химической инертностью и стойкостью. ПВДФ получают полимеризацией мономера винилиденфторида. Из термопластика ПВДФ изготавливают листы и трубы для инженерных целей, а также порошки и покрытия, которые можно растворять в растворителях и наносить на поверхность продукта. ПВДФ широко используется в химической промышленности в качестве трубопроводов для агрессивных химикатов и жидкостей высокой чистоты. Материал ПВДФ используется в строительстве, транспорте, химических процессах, электричестве, батареях, сточных водах и очистке. [10]
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) представляет собой синтетический фторполимер тетрафторэтилена , широко известный под торговой маркой Тефлон . ПТФЭ гидрофобен : водные жидкости не смачивают материал, поскольку фторуглероды демонстрируют смягчение дисперсионных сил 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 широко используется для изготовления подшипников и опор движущихся механических частей.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
СМИ, связанные с термопластом, на Викискладе?