Синтетические материалы. Виды и свойства

Разновидности синтетических материалов

Синтетические материалы ⭐ — это материалы на основе полимеров, способные под влиянием повышенных температуры и давления принимать заданную форму и сохранять ее в обычных условиях. Полимеры состоят из больших молекул, каждая из которых представляет собой особое соединение молекул-мономеров. Полимеры в пластмассе связывают все ее компоненты: наполнители, пластификаторы, отвердители, красители, катализаторы (ускорители) и др.

Пластмассы в мире применяют относительно недавно. Но представить себе современную жизнь без пластмасс уже невозможно, настолько полезными оказались их свойства. Например, свам — стекловолокнистый анизотропный материал — по прочности не уступает стали и в 3 раза легче ее. Изоляционные синтетические материалы — поропласты, пенопласты — настолько хорошо сохраняют тепло, поглощают шум, что позволяют делать стены и перегородки в десятки раз тоньше, чем из кирпича или камня. А органическое стекло — полиметилакрилат — пропускает самую полезную часть спектра солнечного излучения — ультрафиолетовую — гораздо лучше, чем обычное.

Большинство полимеров получают искусственным путем в результате реакций синтеза — полимеризации или поликонденсации. Схема реакции полимеризации пМ—>Мп (побочные продукты не выделяются), а поликонденсации — пМ —> Мп + R (с выделением низкомолекулярных побочных продуктов — воды, аммиака, спирта, хлорида водорода и др.). Полимерные материалы имеют аморфную и кристаллическую составляющие структуры (больше аморфную). С увеличением доли кристаллической составляющей улучшается износостойкость материала, а с увеличением доли аморфной составляющей — эластичность.

По степени обратимости состояний в результате нагрева и охлаждения синтетические материалы делятся на:

• термореактивные
• термопластичные

Термопластичные материалы сохраняют начальные свойства после расплавления и затвердевания, а термореактивные при нагревании необратимо разрушаются.

Промышленное значение имеют такие виды пластмасс: полиамидная, полистирольная и полиэтиленовая крошка, мелкодисперсные порошки из полиамида, поливинилбутираля и полиэтилена низкого давления, синтетические (конструкционные) клеи, эпоксидные композиции. В авторемонтном производстве наибольшее применение получили пластмассы на основе полиамида, полиэтилена и фторопласта; волокнит, составы на основе эпоксидных смол, синтетические клеи и герметики.

Поликапроамид — представитель полиамидных смол, который поставляют в виде гранул. Материал является стойким к щелочам, маслам, ацетону, спирту, бензину и др. Он применяется для изготовления подшипников и зубчатых колес и для нанесения износостойких и декоративных покрытий на металлические поверхности. При температуре ниже нуля становится жестким.

Полиэтилен — относительно твердый термопластичный полимер с температурой плавления 120—130 °С. Он эластичен даже при низкой температуре, применяется для изготовления труб и защитных покрытий, а также как изоляционный и упаковочный материал.

Фторопласт (температура плавления 327 °С) — продукт полимеризации этилена, в котором все атомы водорода замещены фтором. По химической стойкости превосходит все известные металлы, в том числе золото и платину. Низкий коэффициент трения и высокая износостойкость позволяют длительно эксплуатировать его при температуре до 250 °С. Область применения фторопласта ограничена практически нулевой адгезией к металлам.

Волокнит представляет собой пресс-материал, состоящий из фенольно-формальдегидной смолы, волокнистого наполнителя (например, хлопковой целлюлозы) и различных добавок. Из него изготовляют крышки и корпусные детали. Стекловолокнит по сравнению с целлюлозным волокнитом имеет более высокие механические и электроизоляционные свойства. Его наполнителем является стекловолокно или стеклолента. Применяют для изготовления деталей автомобилей с повышенной прочностью и теплостойкостью, например, шестерен распределительного вала.

Широкое применение в ремонте получили полимерные композиции на основе эпоксидных смол, которые содержат в своих молекулах эпоксидные группы СН2—С, обладающие высокой реакционной способностью. Сырьем для производства смол служат газы — продукты нефтепереработки. Наиболее часто применяют смолы марок ЭД-16 и ЭД-20. Эпоксидные смолы обладают высокой адгезией к металлам и хорошо сочетаются с другими синтетическими смолами. При взаимодействии с аминами и кислотами эти смолы твердеют и приобретают значительную теплостойкость и прочность. Эпоксидные смолы до твердения растворяются в ацетоне, толуоле и других растворителях.

Эпоксидные композиции включают, как правило, четыре вида компонентов: эпоксидную смолу, пластификатор, наполнитель и отвердитель. Пластификаторы обеспечивают снижение хрупкости, повышение ударной вязкости и стойкости к температурным колебаниям. В качестве пластификаторов применяют дибутил-фталат (ДБФ), триэтиленгликоль (ТЭГ-1), синтетический (карбоксилированный) каучук (СНК-10-10) и тиокол. Наполнители снижают стоимость композиции, играют важную роль в сближении коэффициентов термического расширения композиции и покрываемого материала, в повышении механической прочности, модуля упругости и теплостойкости шва, в изменении вязкости и уменьшении усадки. Например, чугунный порошок, закись железа, тальк, кварцевая и слюдяная мука изменяют в необходимых пределах значения коэффициента термического расширения покрытия, а графит и дисульфид молибдена уменьшают скорость его изнашивания. Непосредственно перед употреблением в композицию вводят отвердитель. В качестве отвердителей применяют полиэтиленполиамин (ПЭПА), аминофенол (АФ-2) и фторид бора (BF3). Последний отвердитель переводит композицию в твердое состояние даже при отрицательной температуре. Нехватка отвердителя удлиняет процесс отверждения, а избыток вызывает хрупкость материала.

Особенности применения

Применение полимерных материалов в авторемонтном производстве обеспечивает снижение массы деталей, сокращает трудоемкость и затраты на ремонт изделий. При восстановлении деталей используют такие положительные свойства пластмасс:

• небольшую плотность — пластмассы в среднем в два раза легче алюминия и в 5—8 раз легче черных металлов;
• повышенную химическую стойкость к действию агрессивных сред (влаги, кислот, щелочей), что в ряде случаев позволяет отказаться от применения коррозионностойких сталей и цветных металлов;
• высокие антифрикционные и фрикционные свойства (малый или, наоборот, большой коэффициент трения, хорошую износостойкость и высокую способность к приработке), поэтому они применяются в узлах трения и фрикционных муфтах;
• хорошие диэлектрические свойства — пластмассы являются основными электроизоляционными и конструкционными материалами в электропромышленности;
• шумопоглощающие и звукоизолирующие свойства;
• вибростойкость — пластмассы обладают способностью гасить динамические колебания при знакопеременных нагрузках, что способствует повышению долговечности деталей и узлов автомобилей.

Однако пластмассы по сравнению с металлами быстро стареют, имеют малую теплопроводность и небольшую прочность.