Список тематических статей

РЕАКТОПЛАСТЫ

Понятие реактопластов

Одним из основополагающих разделений пластмасс на типы является их деление на реактопласты и термопласты. Если термопласты являются многократно перерабатываемыми полимерами, которые легко плавятся при повышении температуры, принимают заданную форму, застывают, а потом могут быть вновь расплавлены, то реактопласты – полимеры другой природы.

Реактопласты (термореактивные полимеры или термореактопласты), обладают особыми свойствами при нагреве подобно термопластам могут переходить в вязкотекучее состояние (плавиться). Но они не способны переходить из одного фазового состояния в другое многократно. При нагревании в массе термореактивного полимера происходят химические взаимодействия между макромолекулами, которые приводят к образованию трехмерной жесткой структуры сшитого полимера. Такие реакции являются необратимыми, сшитые термореактивные полимеры при дальнейшем повышении температуры могут разрушиться (деструктировать по одному из механизмов), но неспособны к плавлению.

Типичные представители

Если среди термопластичных полимеров можно встретить такие известные материалы, как полиэтилен, полипропилен, ПВХ, полистирол, ПЭТ и так далее, то реактопласты сейчас менее известны. Этот факт особенно любопытен ввиду того, что в середине 20 века термореактивные полимеры применялись более широко, чем термопластичные пластики. Даже в 1980-е и 1990-е годы на кафедрах переработки пластмасс большее время уделяли композициям на основе отверждаемых смол, их модификациям и получению изделий из них. Этот факт обусловлен тем, что, хотя важнейшие термопласты были получены очень давно (многим уже более 100 лет), но марок с ценными, прежде всего прочностными качествами долгое время не существовало.

Самыми широко используемыми в современной промышленности являются реактопласты на основе полиэфирных, фенолформальдегидные, эпоксидных, аминоальдегидных и карбамидных смол.

Рис.1. Эпоксидные клеи – одно из главных применений термореактивных смол

Композиции реактопластов в общем виде состоят из связующего и наполнителей. Связующее представляет собой непосредственно термореактивный полимер (смолу), примером таких полимеров являются фенол-формальдегидную, мочевино-формальдегидную и меламино-формальдегидную, эпоксидную, полиэфирную и т.д. Наполнители для термореактивных полимеров применяются в целом те же, что и для термопластов: мел, тальк, древесная мука, стекловолокно, однако более часто применяются тканые и волокнистые материалы, такие как хлопчатобумажная и другие ткани, целлюлоза, длинные волокна из различных материалов.  

Свойства реактопластов

Термореактопласты довольно сильно отличаются по характеристикам друг от друга. Несмотря на некоторые общие особенности, это всё-таки разные по своей химической природе полимеры. Свойства самих термореактивных полимеров и изделий из них зависит от химического состава и структуры полимерных цепей, количеством связей между молекулами и их видом, соотношения полимер-отвердитель и типом последнего. Характеристики каждого реактопласта могут регулироваться в широких пределах. Для этого применяют помимо отвердителя такие аддитивы, как загустители, разбавители, лубриканты, эластификаторы и пластификаторы.

Отличие термореактивных полимеров от термопластичных заключается в возможности первых успешно применяться при высоких для пластмасс значениях температуры, вплоть до 130 градусов С. Также они имеют высокую химическую стойкость. Они устойчивы к действию органических растворителей, растворам кислот и оснований и многих других химикатов.

Переработка в изделия

Получение изделий из реактопластов главным образом проводится методами литьевого или прямого прессования. Более современным является метод литья под давлением, который отличается от традиционного литья термопластов наличием не охлаждаемой, а обогреваемой литьевой формы, работающей в диапазоне 160-210 градусов С.

При всех этих методах в полимере проходит химическая реакция сшивки макромолекул, называемая отверждением. Для полного химического отверждающего взаимодействия молекул обычно необходимо затратить минуты или даже часы. Технологический процесс осложняется риском раннего отверждения термореактивной смолы, поэтому температурный режим прессования и особенно литья необходимо поддерживать точно. Кроме того нужно точное дозирование полимерной смеси и ее быстрый впрыск в прессформу ввиду очень короткого времени возможного нахождения реактопластов в вязкотекучем (расплавленном) состоянии.

Изделия из термореактивных полимеров после формования подходят для постобработки механическими методами, а также для соединений с другими изделиями или материалами при помощи клеев. В случае низкой степени сшивки возможно также свариванием таких изделий химическим способом.

Фенопласты

Термореактивные полимеры на основе фенолоформальдегидных смол называются фенопласты. Несколько десятилетий назад это был один из самых популярных типов полимеров из всех. Сегодня фенопласты используются в узких отраслях, там, где не нашлось еще термопласта-заменителя, либо подходящий термопласт очень дорог.

Фенопласты классифицируют по виду смолы на резольные и новолачные, а по свойствам наполнителей на армированные (природными волокнами, стеклотканью, синтетическими волокнами, углеволокном, ткаными материалами, бумагой и т.п.) и дисперсно-наполненные (древесной или минеральной мукой, асбестом, коксом, углеродным порошком, каолином, стеклянным волокном, металлической пудрой и т.д.).

Фенопласты являются типичными термореактивными пластмассами, они имеют высокие физико-механические свойства устойчивость, прочность, коррозионностойкость, отличную электроизоляционность. Электротехника остается главной отраслью применения фенопластов, кроме того, они используются в качестве конструкционных, антифрикционных материалов и в других сферах.

Рис.2. Типичное применение фенопластов в электротехнике

Если дисперсно-наполненные фенопласты перерабатывают в изделия традиционными методами, такими как прессование, то армированные материалы имеют свои особенности. Их изготавливают главным образом по технологии пропитки волокнистых наполнителей полимерным связующим. Непосредственно изделия из армированных реактопластов получают при помощи намотки, выкладки и протяжки с последующей фиксацией формы изделия при помощи отверждения смолы. Очень часто фенопласты выпускают в виде полуфабрикатов – листов, прутков, пластин и т.п. для последующей механической обработки в конечные изделия.

Армированные фенолформальдегидные пластмассы производятся под известными всем именами текстолит, волокнит, стеклотекстолит и другими. Изделия из них используют в ответственных высоконагруженных узлах, работающих, например, в условиях сильных вибраций, ударных нагрузок, нагрузках на разрыв и изгиб и т.д. Они имеют широкое применение как заместители высоковольтных стеклянных и керамических изоляторов, в изготовлении корпусов приборов и другой техники, в передаточных механизмах, например редукторах и т.д.

Вторичное использование

Переработка использованных реактопластовых изделий затруднена по той же причине, по которой они отличаются от остальных полимеров – трехмерной сетчатой структуры полимера и невозможности его расплавить.

Пути рециклинга таких пластмасс заключаются либо в их измельчении и применении в виде наполнителя, либо в попытках деполимеризации с извлечением низкомолекулярных продуктов. Во втором, более продвинутом пути, достигнуты некоторые успехи, однако такие технологии очень энергозатратны. В данном аспекте термопласты имеют неоспоримое преимущество.