Сайт И.А. Барвинского
 

    Перейти в раздел:    
Все публикации

Предыдущая страница:
Наполнители и добавки (общая таблица)

Следующая страница:
Литье термопластичных материалов с газом

  

Классификация термопластичных материалов

Барвинский И.А., Барвинская И.Е.

Опубликовано: 2001. Обновлено: 16.12.2008

 
 

"Любая по-настоящему полезная классификация содержит от трех до шести категорий"
(Физики продолжают шутить. 1968)

"Мыши там трех пород ..., третьи - ежи"
Геродот (История, IV, 192)

     К термопластичным материалам или термопластам (thermoplast, thermoplastic) относятся полимеры, которые при нагревании переходят из твердого агрегатного состояния в жидкое: высокоэластическое или вязкотекучее. При охлаждении материала происходит обратный переход в твердое состояние. Поведение при нагревании отличает термопласты от термореактивных материалов или реактопластов (thermoset, duroplast), которые отверждаются за счет химической реакции и не способны далее переходить в жидкое агрегатное состояние.
   

Классификация термопластов по эксплуатационным свойствам

     Термопластичные материалы делят на несколько групп в зависимости от уровня эксплуатационных свойств. К таким свойствам прежде всего относится температура долговременной эксплуатации.
    
Пластмассы достаточно условно делят на группы (в различных изданиях приводятся разные критерии классификации):

     - Материалы общетехнического назначения или общего назначения (general purpose plastics);
     -
Пластмассы инженерно-технического назначения или конструкционные пластмассы (engineering plastics);
     - Суперконструкционные (super-engineering plastics) или высокотермостойкие полимеры (high temperature plastics). 

     Среди термопластов выделяют особую группу термопластичных эластомеров или термоэластопластов (TPE), которые по технологическим свойствам являются обычными термопластами, а по эксплуатационным подобны каучукам и резинам, т.е. способны к большим обратимым деформациям. В зависимости от температуры долговременной эксплуатации термоэластопласты также подразделяют на материалы общего назначения (general purpose TPE) и инженерно-технического назначения (engineering TPE).
     За рубежом классификации полимеров по уровню эксплуатационных свойств и их отнесение к той или другой группе материалов в настоящее время носит вспомогательный характер и используется лишь в целях упорядочения информации.
   

Материалы специального назначения

      Иногда условно выделяют группу материалов специального назначения (специальные пластмассы, функциональные пластмассы). К ней относят материалы, обладающие особыми, иногда уникальными, свойствами. Эти свойства могут обеспечиваться особой химической структурой полимера или специальными наполнителями и добавками. Среди специальных добавок - электропроводящие добавки (антистатические, электропроводящие, ЭМИ-экранирующие материалы), антифрикционные добавки (материалы с пониженным коэффициентом трения), фрикционные добавки (материалы с повышенным коэффициентом трения) и др. См. Наполнители и добавки.
   

Классификация термопластов по объему производства

     Нередко в литературе выделяют группу крупнотоннажных материалов (volume plastics), к которым относят полиэтилен (PE) и полипропилен (PP), основные стирольные пластики (PS) и особенно АБС (ABS), акрилаты (acrylic), ПВХ (PVC) и бутылочный ПЭТ (PET).
  

Классификация термопластов по химической структуре

     Классификация, основанная на химической структуре полимеров, включает множество аспектов. Мы остановимся здесь только на тех вопросах и терминах, которые часто упоминаются в технологической литературе. Подробно классификация полимеров по химической структуре представлена в изданиях: Тугов И.И., Кострыкина Г.И. Химия и физика полимеров (1989), Шур А.М. Высокомолекулярные соединения (1981) и др.
   

Функциональные группы термопластов

     По химическому строению, определяемому наличием в структуре определенных функциональных групп, литьевые термопластичные материалы обычно подразделяют на несколько групп (классов). Современная промышленность выпускает большое количество типов полиолефинов (PO), важнейшими из которых являются группы полиэтиленов (PE) и полипропиленов (PP). Многочисленные типы материалов представлены в группах стирольных пластиков (PS), полиамидов (PA), сложных полиэфиров (polyester). 
     Традиционно выделяют группы полимеров на основе целлюлозы (cellulosic plastics), фторполимеров или фторопластов (fluoro plastics). Акриловых полимеры или акрилаты (acrylic) обычно являются сополимерами. Изготовители этих материалов часто указывают только принадлежность материала к данной группе (Acrylic или PMMA) и не приводят данные о химической структуре сополимера. 
     Ниже приведены основные функциональные группы термопластов.

 

Функциональная группа Название Группа материалов Примеры
Сложноэфирная Сложные эфиры
Полибутилентерефталат (PBT)

Полиарилат (PAR)
Карбонатная1 Поликарбонаты
Поликарбонат (PC)
Простая эфирная Простые эфиры
Полиметиленоксид, полиформальдегид (POM) - гомополимер 

Полифениленоксид, полифениленэфир (PPO, PPE)
Амидная Полиамиды
Полиамид 6 (PA 6) - алифатический полиамид

Полиамид 6T (PA 6T) - полуароматический полиамид   
Имидная Полиимиды
Полиамидимид (PAI) Torlon

Полиэфиримид (PEI) Ultem
Уретановая Полиуретаны
Кетонная Поликетоны
Алифатический поликетон

Полиэфирэфиркетон (PEEK) Victrex
Тиоэфирная Полисульфиды  
Полифениленсульфид (PPS)
Сульфоновая Полисульфоны
Полисульфон (PSU) Udel

Полиэфирсульфон (PES)

Полифениленсульфон (PPSU)
     Примечание: 1 - Карбонатная группа содержит сложноэфирную группу, поэтому обычно поликарбонаты относят к сложным полиэфирам.

Гомополимеры. Сополимеры. Интерполимеры. 

     Полимеры, построенные из одинаковых мономеров, называют гомополимерами (homopolymer), из разных - сополимерами (copolymer). 
     По структуре сополимеры делят на несколько типов:

     - блок-сополимер (block-copolymer) - с регулярным чередованием последовательностей (блоков) звеньев в основной цепи;
     - статистический сополимер (random copolymer) - с нерегулярным чередованием последовательностей звеньев;
     - привитой сополимер (graft copolymer) - имеет основную цепь в виде гомополимера или сополимера, к которой присоединены боковые цепи;
     - чередующийся или альтернатный сополимер (alternating copolymer) - с регулярным чередованием звеньев в основной цепи.

     В последнее время большое развитие получили интерполимеры - сополимеры, образующие гомогенную структуру (компоненты не выделяются в отдельные фазы).
     Помимо двойных сополимеров, построенных из двух типов мономерных звеньев, выпускаются тройные сополимеры (terpolymer), состоящие из трех типов звеньев, а также сополимеры с четырьмя и большим количеством типов звеньев. Тройными сополимерами являются АБС-пластики (ABS), ACA-сополимер (ASA) и др.  
   

Стереоизомеры

     Для многих типов материалов (полипропилен, полистирол и др.) помимо химической формулы большое значение имеет стереоизомерия - тип пространственной конфигурации боковых групп атомов относительно полимерной цепи. Наиболее важные типы стереоизомеров:

     - изотактический (isotactic) - в схематичном изображении (например, в "проекции Фишера") боковые группы расположены "по одну сторону" условной плоскости полимерной цепи;
     - синдиотактический (syndiotactic) - в схематичном изображении боковые группы последовательно чередуются "по одну и другую сторону" условной плоскости полимерной цепи;
     - атактическиий (atactic) - в схематичном изображении боковые группы располагаются беспорядочно "по одну и другую сторону" условной плоскости полимерной цепи. 

      Реальная пространственная структура стереоизомеров является более сложной, из-за того, что макромолекула закручивается в спираль.
     Развитие технологии синтеза полимеров с одним центром полимеризации на металлоценовых и неметаллоценовых катализаторах позволило наладить в последние годы промышленный выпуск различных стереоизомеров. 
     В качестве примера влияния стереоизомерии на эксплуатационные свойства материала можно привести синдиотактический полистирол (SPS), являющийся кристаллизующимся материалом с высокой термостойкостью, в отличие от обычного аморфного атактического полистирола. 


Классификация термопластов по способности к кристаллизации

     Термопластичные материалы делят на две группы в зависимости от способности к кристаллизации:

     - Аморфные полимеры (amorphous): ABS, GPPS, HIPS, PC, PES, PMMA, PPO, PVC и др. 
     - Кристаллизующиеся полимеры (crystalline): PA 6, PA 66, PBT, PE, PET, POM, PP, PPS и др.

     В кристаллизующихся полимерах при охлаждении расплава только часть полимера переходит в кристаллическое состояние, характеризующееся дальним порядком. Другая часть имеет аморфное состояние. 
     К аморфным полимерам обычно относят и материалы с небольшой степенью кристалличности, например,
PVC (его степень кристалличности не превышает 10%), полиамид PACM 12 и др.
     Иногда выделяют группу частично кристаллических (semicrystalline) полимеров, к которым относят полимеры с сравнительно небольшой степенью кристалличности (менее 80 или 60% по разным источникам). 
     Способность к кристаллизации - очень важное свойство материалов, определяющее их эксплуатационные свойства и поведение при переработке. Оно обязательно должно учитываться при конструировании изделий и пресс-форм и выборе технологического режима литья. Кристаллизующиеся материалы имеют высокий уровень усадки и анизотропии усадки. 
     Деление на аморфные и кристаллизующиеся полимеры является в некоторой степени условным и относится только к определенным условиям, т.к. способность к кристаллизации зависит от множества факторов. Полимеры, которые ведут себя в условиях литья под давлением, как аморфные, в других условиях могут кристаллизоваться. Например, аморфный поликарбонат кристаллизуется при сверхвысоких давлениях (500 МПа), при длительной выдержке (8 дней при 180 оС) и под действием некоторых растворителей (например, ацетона).

  

Классификация термопластов по типу наполнителя

     Наполнители могут значительно изменять эксплуатационные и технологические свойства термопластов. Наполненные материалы часто оказываются более близкими по свойствам к материалам, содержащим тот же наполнитель, чем к базовому полимеру.
     Термопласты, содержащие стекловолокно и др. виды стеклянных наполнителей, традиционно называют стеклопластиками (glass filled). В последние годы большое распространение получили материалы, наполненные длинным волокном (стекловолокном и др.), требующие особых условий переработки. 
     Углепластиками (carbon filled) называют материалы, содержащие углеродное волокно.
     Графитопласты (graphite filled) - материалы, наполненные графитом.
     Деревопласты (wood-plastic composite) - материалы, содержащие деревянный наполнитель.
  

Литература

     Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. Выбор пластмасс для изготовления и эксплуатации изделий: Справочное пособие. 
- Л.: Химия, 1987. 416 с.
     Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б. Свойства и переработка термопластов: Справочное пособие. - Л.: Химия, 1983. 288 с.
     Каменев Е.И., Мясников Г.Ф., Платонов М.П. Применение пластических масс. - Л.: Химия, 1985. 448 с.
     Николаев А.Ф. Технология пластических масс. - Л.: Химия, 1977. 368 с.
     Стрепихеев А.А., Деревицкая В.А. Основы химии высокомолекулярных соединений.
- М.: Химия, 1976. 440 с.
     Технические свойства полимерных материалов: Учебн.-справ. пособие / Крыжановский В.К., Бурлов В.В., Паниматченко А.Д., Крыжановская Ю.В. 2-е изд. – СПб: Профессия, 2005. 280 с.
     Технология пластических масс / Под ред. В.В. Коршака. - М.: Химия, 1985. 560 с.
     Тагер А.А. Физикохимия полимеров. - М.: Химия, 1978. 544 с.
     Тугов И.И., Кострыкина Г.И. Химия и физика полимеров. - М.: Химия, 1989. 432 с.
     Шур А.М. Высокомолекулярные соединения. - М.: Высшая школа, 1981. 656 с.
     Энциклопедия полимеров. Т. 1-3. - М.: Советская энциклопедия. Т. 1: 1972. 1224 с. Т. 2: 1974. 1032 с. Т. 3, 1977. 1152 с.
     Injection molding handbook / Ed. by D.V. Rosato, D.V. Rosato, M.G. Rosato. Springer - Verlag, 2000.
1457 p.
    
Modern plastics handbook / Ed. by Harper Ch.A. McGraw-Hill, 2000. 1231 p.

    
           
Rambler's Top100 Copyright (C) Барвинский И.А., Барвинская И.Е., 2000-2017

Перепечатка публикаций сайта допускается только с разрешения авторов