Лучевые методы обработки

В зависимости от поведения при  нагревании полимеры делятся на термопластичные и термореактивные. Полимеры, свойства и строение которых после нагревания и последующего охлаждения не изменяются, называются термопластичными, так как эти полимеры, обладая обратимой пластичностью, при нагревании размягчаются, становятся вязкожидкими, а при охлаждении затвердевают, не изменяя своих свойств. Они могут перерабатываться многократно. К термопластичным полимерам относятся полимеры с линейной и разветвленной структурой. Полимеры, которые при нагревании или охлаждении изменяют структуру, необратимо теряя способность плавиться и растворяться, называются термореактивными. Эти полимеры могут обрабатываться однократно.

По происхождению полимеры делятся  на природные и синтетические. Экономически наиболее эффективны синтетические  полимеры, получаемые полимеризацией или поликонденсацией. Полимеризацией называется процесс образования высокомолекулярных соединении из ненасыщенных низкомолекулярных веществ (мономеров). при этом не происходит образование каких-либо побочных продуктов.

Поликонденсацией называется процесс образования высокомолекулярных соединений не менее чем из двух мономеров, проходящий с выделением низкомолекулярных продуктов (вода, хлористый водород и т. д.). Для того чтобы мономеры могли участвовать в процессе поликонденсации, они должны иметь несколько функциональных групп ОН, NH2, СООН. В реакцию поликонденсации вступают двухатомные спирты (этилен, гликоль), двухосновные кислоты (адипиновая кислота, фталевые кислоты), диамины (гексаметилендиамин) и др.

Поликонденсация является ступенчатым процессом, происходящим в результате последовательного присоединения одной молекулы к другой.  Полимеры широко используют как исходный материал для изготовления пластических масс, пленок, волокон, каучуков, клеев, лаков и т. д.

Доступность сырьевой базы, передовые технологические процессы, лежащие в основе производства полимеров, в том числе малоотходная, малоэнергоемкая и безотходная технология, возможность полной автоматизации производства, низкая трудоемкость и сравнительно низкая себестоимость, высокая производительность труда на предприятиях отрасли в сочетании с высокими физическими, химическими и механическими свойствами полимеров вызывают необходимость ускоренного развития промышленности полимеров как важного создателя материальных ценностей и источника химизации в социалистическом производстве.

Промышленность полимеров  во всем мире развивается ускоренными темпами по сравнению с производством многих других видов продукции.

2.1 Пластмассы, их свойства, значение и применение

в народном хозяйстве

Пластические массы (пластмассы, пластики) — это материалы, содержащие в качестве основного компонента полимер, который при определенной температуре и давлении приобретает пластичность, а затем затвердевает, сохраняя форму при эксплуатации. В одних случаях пластмассы состоят в основном из полимера, в других — представляют собой сложные композиции (кроме полимера содержат наполнители, пластификаторы, вспомогательные вещества и т. д.).

Полимер является основой, определяющей характерные свойства композиции. Выбор состава композиции-. зависит от свойств основного полимера и способности его совмещаться с добавками, заданных физико-механических свойств и качеств композиции (твердость, горючесть, морозостойкость), а также от способности перерабатываться.

Добавки к полимеру могут  существенно изменить его первоначальные физико-механические свойства: плотность, прочность, электро- и теплопроводность и т. д. По своему агрегатному состоянию полимеры могут быть жидкими (растворы, эмульсии, вязкие массы) и твердыми (гранулы, порошки, куски).

Широкое применение пластических масс определяется их ценными физическими и химическими свойствами, высокими технико-экономическими показателями. Для органических полимеров и пластмасс на их основе характерна низкая плотность (от 0,9 до 1,2 г/см³), поэтому пластмассы обладают наибольшей среди конструкционных материалов прочностью, отнесенной к плотности. Низкая плотность является очень важным свойством для применения материалов в авиа-, авто-, ракето- и судостроении. Многие пластмассы отличаются высокой химической стойкостью, некоторые из них (полиолефины, поливинилхлорид и особенно фторопласт) находят применение в химическом машиностроении, в ракетостроении, для защиты от коррозии металлов.

Полимеры и пластмассы на их основе обладают высокими диэлектрическими свойствами; неполярные полимеры (полиолефины, фторопласт)^ являются непревзойденными диэлектриками и широко применяются в электро-, радиотехнике и радиоэлектронике.

Пластмассы имеют низкую теплопроводность (в 70 — 220 раз ниже теплопроводности стали), что позволяет их использовать в качестве теплоизоляторов. Многие пластмассы обладают достаточной механической прочностью, гибкостью, морозостойкостью и теплостойкостью (например, фторопласт может применяться при температурах от — 269 до + 260 °С), прекрасными фрикционными и антифрикционными свойствами. Ценными являются оптические свойства некоторых пластмасс (полиметилметакрилат, полистирол, поликарбонаты), а также способность некоторых видов синтетических полимеров (ионообменные смолы),поглощать из водных растворов ионы химических соединений, которые затем удаляются при регенерации ионитов.

Пластмассы отличаются от большинства  природных материалов возможностью изменения свойств в весьма широком  диапазоне и способностью легко  перерабатываться в изделия многими способами: литьем под давлением, прессованием, экструзией и др.

Пластмассы широко применяются  в машиностроении, приборостроении, авиа- и автостроении, в электро- и радиотехнике, промышленности средств связи, в капитальном строительстве, в легкой, пищевой, химической промышленности, для производства товаров широкого потребления и в сельском хозяйстве.

Наибольшее значение в мировом  производстве имеют пластмассы на основе полимеризации. Так, доля полимеризационных  пластмасс в СССР в 1980 г. составила 40% от всего производства пластмасс.

К пластмассам полимеризационного типа (термопластам) относятся такие соединения, как полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол.

Полиэтилен (-СН₂-СН₂-), получают полимеризацией из этилена как при высоком давлении (100 МПа) в газовой фазе, "так и при низком давлении в растворе. Он характеризуется высокой прочностью, хорошими диэлектрическими свойствами, химической стойкостью, невысокой стоимостью. Применяется для производства труб, антикоррозионных покрытий, изготовления деталей в машиностроении, радиотехнике, электротехнике, упаковочной пленки и тары.

Поливинилхлорид ( — СН₂ — СН — )_n

|

                                          С1

получается полимеризацией хлористого винила суспензионным или эмульсионным способом; сырьем служит ацетилен. Это высокопрочный, негорючий, химически стойкий и механически прочный полимер. Высокие технико-экономические показатели наряду с ценными свойствами делают его одним из ведущих в мировом производстве пластмасс.

Полистирол (СН₂ – СН –)_n

                                     |

                                   C₆H₅

Также важный для народного хозяйства полимер, получаемый различными методами полимеризации; отличается хорошими механическими, химическими и эксплуатационными свойствами, легко перерабатывается в изделия многими способами, высокоэкономичен.

Из фторсодержащих полимеров наибольшее промышленное значение имеют фторопласт-4, получаемый из тетрафторэтилена, и фторопласт-З, получаемый из трифторхлорэтилена F₂C = CFC1. Фторсодержащие полимеры обладают уникальными диэлектрическими свойствами, отличаются значительной свето-, тепло-, морозо- и химической стойкостью. Несмотря на высокую себестоимость, они широко применяются в ракето-, авиа-, судостроении, химическом машиностроении, для защиты от коррозии, в приборостроении и т. д.

В последние годы ассортимент пластмасс  полимеризационного типа пополнился новым  материалом — полиформальдегидом и сополимерами формальдегида.

Полиформальдегид (—Н₂С—О)_n получается полимеризацией газообразного формальдегида в растворителе — толуоле. Полиформальдегид отличается высокой механической прочностью, теплостойкостью и твердостью, хорошими диэлектрическими свойствами и легко перерабатывается в изделия. Широко применяется во многих областях техники.

К полимеризационным пластмассам  относят также полиакриловые  полимеры, поливинилацетали, полипропилен, полиизобутилен и многие другие. Ассортимент этих пластмасс непрерывно увеличивается и пополняется.

Среди пластических масс важное место занимают пластмассы на основе поликонденсации, включающие большую  группу материалов: фенопласты, аминопласты, полиамиды и полиуретаны, а также  пластмассы на основе полиэфирных, эпоксидных и кремнийорганических смол. Объем производства этих пластмасс увеличивается, хотя доля их в мировом производстве понижается, так как они отличаются более сложными способами получения сырья, более высокой трудоемкостью, меньшей, чем полимеризационные пластмассы, технологичностью (менее совершенные процессы переработки пластмасс в изделия, отходы в производстве и т. д.). Однако являясь основой многих композиций, поликонденсационные смолы широко используются в виде прессовочных материалов (пресс-порошков, текстолитов, стеклотекстолитов, слоистых пластиков).

Наибольшее распространение  получили смолы фенолальдегидные (фенопласты) и мочевиноальдегидные (аминопласты). Сырьем для них служат фенол, формальдегид и другие альдегиды, карбамид. Наиболее широко они применяются в строительстве, авто- и авиастроении, для изготовления деталей машин и приборов, телефонных аппаратов, счетчиков, авторучек и т. д.

Из поликонденсационных  смол все в больших масштабах применяются полиэфирные, эпоксидные, полиуретановые и полиамидные. Они используются для переработки в изделия, а также для получения лаков, клеев, красок и особенно герметиков благодаря их хорошим адгезионным свойствам.

Для улучшения технико-экономических  показателей производства эпоксидных и полиэфирных смол особенно важно  снижение энергозатрат и удешевление  сырья, составляющего в структуре себестоимости 80 — 85%, а также совершенствование технологии.

2.2 Химические волокна и их применение в народном хозяйстве

Химические волокна — это тонкие, прочные, гибкие нити, получающиеся, при продавливании (формовании) через фильеры расплавов полимеров или их вязких концентрированных растворов.

Фильера имеет вид цилиндрического  колпачка диаметром 50 — 75 мм с большим числом мелких отверстий (до 10 тыс.). Формование волокна может происходить из раствора и из расплава. Формование из раствора (мокрый способ) проходит в осадительной ванне с коагуляцией (свертыванием) струек жидкости; при сухом формовании из раствора испаряется летучий растворитель. Во всех случаях получают нить полимера.

В зависимости от способа  производства химические волокна подразделяются на искусственные, получаемые химической переработкой природных полимеров (целлюлозы, белка и др.), и на синтетические. Химические волокна вырабатывают в виде штапельного и моноволокна и филаментных (непрерывных) нитей. Штапельное волокно (подобно шерсти или хлопку) состоит из пучка коротких волокон длиной до 150 мм. Моноволокно применяется для производства струн, щетины, рыболовных снастей и т. д. Производство штапельного волокна наиболее выгодно и.более эффективно, так как при этом виде волокон достигается более низкая себестоимость (на 15%) и более высокая производительность труда.

Химические волокна обладают ценными физико-химическими и механическими свойствами, что открывает большие возможности для применения их во многих отраслях промышленности. Многие химические волокна отличаются высокой механической прочностью, что особенно важно при изготовлении технических изделий — шинного корда, канатов, сетей и т. д. Ткани из многих химических волокон не дают усадки и характеризуются высокой эластичностью. Важным и ценным свойством химических волокон являются их устойчивость к многократным деформациям и к истиранию, а также теплостойкость и высокая устойчивость к действию света, микроорганизмов, химических сред и т. д., что имеет большое значение для изделий технического назначения (фильтровальные ткани, сети, спецодежда и т. д.).

Современные химические волокна  обладают большим многообразием  ценных качеств, чем натуральные, причем их можно получать с заранее заданными  свойствами. Сейчас химические волокна  перестали быть заменителями природных волокон, они являются новыми незаменимыми материалами, без которых невозможен технический прогресс во многих отраслях народного хозяйства. Область применения химических волокон все более расширяется как для производства бытовых, так и технических изделий (корда для автомобильных и авиационных шин, покрышек, электроизоляции, защитных средств химической аппаратуры, транспортерных лент, шлангов и т. д.).

Экономическое преимущество производства химических волокон состоит в том, что оно имеет практически неограниченный источник дешевого и доступного сырья — продуктов переработки топлива (нефти, газа, каменного угля и древесины), что обусловливает высокие темпы развития этой отрасли промышленности.

Производство химических волокон требует гораздо меньших  капитальных, эксплуатационных и трудовых затрат, чем производство натуральных волокон того же назначения. При равных затратах труда химических волокон можно получить больше, чем природных, что положительно сказывается на повышении производительности труда. Трудовые затраты на производство штапельного волокна нитрон в 155 раз ниже, чем на производство натурального шелка. Следствием этого является более низкая себестоимость химических волокон по сравнению с натуральными.