Материаловедение.Технологии конструкционных материалов

 

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Волгоградский государственный технический университет

Кафедра химии и технологии переработки эластомеров

 

 

 

 

СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА

на тему: «Материаловедение.Технологии конствукционных материалов»

(вариант 20)

 

 

 

 

Выполнил:

Ст.группы ХТ-244

Кошелева И.А

Проверил:

Петрюк И.П

 

Волгоград 2013

Содержание:

Введение……………………………………………………………………….стр. 3;

1.Общая характеристика. Структура  и свойства…………………………..стр. 4-8;

2. Способы получения………………………………………………………стр.8-11;

3. Способы переработки термоэластопластов. Изготовления гранулированного бронесостава для зарядов твердого ракетного топлива на основе термоэластопластов………………………………………………………..стр.11-13;

4. История появления. Современное состояние………….……………...стр 14-17;

5. Состояние производства и переработки ТПЭ в России…………….стр.17-19;

Заключение………………………………………………………………..…..стр.20;

Список источников и литературы………………………………………..….стр. 21.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

        Значение полимеров и материалов на их основе их композиций в современной технике и народном хозяйстве очень велико. Сложно представить хотя бы одну область человеческой жизнедеятельности, где бы не использовались полимеры. Ассортимент полимеров, эластомеров, каучуков и резин очень и очень велик.

          Термин полимерия был введен в науку И. Берцелиусом в 1833 году для обозначения особого вида изомерии. Полимеры – химические соединения с высокой молекулярной массой, молекулы которых состоят из большого числа повторяющихся "группировок". Атомы, входящие в состав макромолекул, соединены друг с другом силами главных и координационных валентностей.

 По происхождению полимеры делятся на природные, например белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные и синтетические. Атомы или атомные группы могут располагаться в макромолекуле в виде: открытой цепи вытянутой в линию последовательности циклов; цепи с разветвлением; трехмерной сетки.

  Одной из главных тенденций развития сырьевой базы производства полимерных композиционных материалов на протяжении последних лет является рост производства и потребления термоэластопластичных материалов. Термоэластопласты - это класс полимеров нового поколения, которые обладают свойствами эластомерных и термопластичных материалов, и могут легко перерабатываться на оборудовании, как для производства эластомерных изделий на основе различных каучуков, так и на оборудовании для переработки пластмасс.

Целью данной работы является изучение термоэластопластов: знакомство с их строением, свойствами, технологиями получения, способами переработки и применением.

 

 

 

1. Общая характеристика. Структура и свойства.

           Термопластичные эластомеры (thermoplastic elastomers,ТЭП или ТПЭ) – полимерные материалы, которые в условиях эксплуатации способны, подобно эластомерам, к большим обратимым деформациям, а при повышенных температурах, в частности при переработке в изделия, текут подобно термопластам. Термоэластопласт представлен на рис. 1.

«Рис.1- Внешний вид термоэластопласта.»

          Термоэластопласты представляют собой блоксополимеры типов АВА и (АВ)n, где А-жесткие блоки термопластов (полистирольные, полиэтиленовые, полиакрилатные), В-гибкие эластомерные блоки (полибутадиеновые, полиизопреновые, сополимерные – бутадиен-стирольные, изопрен-стирольные, этилен-пропиленовые). Близки по свойствам к термоэластопластам иономеры, в том числе солевые вулканизаторы карбоксилатных каучуков [6].

           Блоки А и В, из которых построены макромолекулы термоэластопластов, характеризуются достаточно высокоми степенями полимеризации, причем молекулярная масса полиденовых блоков значительно больше, чем поливинилароматических. Так, в линейных термоэластопластах с оптимальными физико-механическими свойствами поливинилароматические блоки атактического строения имеют молекулярную массу в пределах от 6 до 50 тысяч, полидиеновые блоки 40-120 тыс. .

             У поликонденсационных термоэластопластов обладающих, как правило, линейной структурой, молекулярные массы гибкоцепных блоков могут изменяться от 3-7 тыс.( полиуретановые термоэластопласты) до нескольких десятков тысяч(арилат-силоксановые, ариленсульфоноксид-силоксановые термоэластопласты).

             Гомополимеры, образующие термоэластопласты, термодинамически несовместимы. Поэтому термоэластопласты являются своего рода двухфазными системами; это подтверждается наличием двух четких максимумов на температурной зависимости динамическо-механических потерь. Так, в диен-винилароматических термоэластопластов при содержании диена более 50% поливинилароматические блоки образуют стеклообразные домены, регулярно расположенные в непрерывной фазе (матрице) полидиена. Домены играют роль соединительных узлов (аналогично поперечным химическим связям, например серным мостикам в вулканизационной сетке), в связи с чем термоэластопласты при температурах ниже температуры стеклования жесткоцепного блока, например полистирольного, способны к высокоэластичным деформациям. Повышение температуры выше температуры стеклования полистирола сопровождается появлением у полистирольных блоков сегментальной подвижности, размягчением доменов и ослаблением их функции соединительных «узлов». В результате термоэластопласты становятся становятся типичными термопластами. По сравнению с непрозрачными смесями двух гомополимеров соответствующие термоэластопластам аналогичного состава прозрачны из-за малого размера доменов (200-400А) однако коэффициент преломления матрицы и домена различны.

            Варьированием соотношения компонентов изменяют свойства термоэластопластов достаточно плавно и в широких пределах. Так, с увеличением содержания полистирола от 20 до 80% в термоэластопластах на основе стирола и бутадиена ( молярная масса полибутадиеновых блоков 70 тыс.) прочность при растяжении проходит через максимум при содержании стирола 30%, относительное удлинение уменьшается от 990 до 10%, твердость по Шору возрастает от 66 до 100 - это изменение соответствует постепенному переходу от «недовулканизованного каучука» (содержание стирола 15%) к термоэластопласту (20-40% стирола) и, наконец, к термопластичному полимеру (60-80%).

             Кроме соотношения компонентов, большое влияние на свойства термоэластопластов оказывает молярная масса блоков, в первую очередь эластомерного. Так, достаточно высокие показатели прочности при растяжении и эластичности реализуются у термоэластопластов на основе полистирола и каучуков, начиная с молярной массы блоков полистирола 7-15 тыс. и блоков каучука 20-80 тыс. Выше этих значений изменение молярной массы блоков в достаточно широких пределах мало сказывается на свойствах термоэластопластов.

              При введении в подобные термоэластопласты до 20% гомополимера стирола с молярной массой, близкой к молярной массе полистирольных блоков, прочностные свойства термоэластопластов почти не меняются, однако они резко ухудшаются при введении уже 5% сополимера АВ или гомополимера диена. Расплавы термоэластопластов характеризуются высокими значениями вязкости. Свойства некоторых термоэластопластов приведены в таблице 1.

Состав термоэластопласта	Прочность при растяжении,Мн\м2	Относительное удлинение, %	Твердость по Шору	Модуль при 300% удлинении, Мн\м2
Полистирол-полиизопрен-полистирол(29% стирола)………….. Полистирол-полибутадиен-полистирол(30% стирола)………….. Полистирол-полибутадиен; разветвленный, типа солпрен(30% стирола)………….. Полисульфон-полисилоксан-полисульфон(28% полисилоксана)….. Полиариленсульфон-полисилоксан-полиариленсульфон (67%полисилоксана)	32       31           21       33     9	1110       880           700       12     500	66       72           80       -     -	1.1       2.4           3.0       120.     14

« Таблица 1.-Некоторые свойства термоэластопластов.»

ТЭП имеют ряд характеристик, которые присущи и обычным эластичным пластикам:

• легкость обработки;
• полная переработка;
• эластичность;
• гибкость;
• низкая остаточная деформация.

Так же термоэластопласты обладают особыми свойствами:

• сохранение свойств материалов при низких или высоких температурах;
• можно создавать продукцию различной прочности;
• долговечность изготавливаемых материалов, их малая подверженность деформации;
• устойчивость к химическим соединениям;
• высокая износостойкость;
• устойчивость к различным погодным условиям, в том числе и к УФ;
• простота обработки материала;
• можно поучить готовое изделие любого цвета, изделия легко окрашиваются;
• производство изделий из ТЭП получается экономичным.

           Термоэластопласты недостаточно стабильны при действии тепла и атмосферных факторов, в том числе озона. Поэтому в термоэластопласты вводят антиоксиданты, например 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол(ионол); стабилизаторы  наиболее эффективны производные бензтриазола; антиозонанты дибутилтиомочевина и дибутилдитиокарбамат никеля. Эффективно также введение добавок озоностойких полимеров (полиэтилена, этилен-пропиленового каучука, сополимера этилена с винилацетатом и др.).

            Так же следует отметить, что термоэластопласты совмещаются с другими полимерами и олигомерами, в них можно вводить, как и в обычные каучуки, различные минеральные наполнители и пластификаторы, например масла.

2.Способы получения

           Способ получения термоэластопластов типа A-B-B-X-A, где A- блок моновинилароматического соединения, B- блок полидиена, X- фрагмент сочетающего агента, путем блок-сополимеризации моновинилароматических соединений с диеновыми углеводородами в среде органического растворителя в присутствии литийорганического инициатора с последующим сочетанием "живущих" диблок-сополимеров кремнийорганическим соединением, в качестве которого используют дихлорполидиметилсилоксан ф-лы 1 , где n 20 - 100, в количестве 0,4 - 0,6 моль на 1 моль активного лития. Структура соединения представлена формулой:

           Изобретение относится к области получения термоэластопластов линейного строения, в частности термоэластопластов на основе моновинилароматического соединения и сопряженного диена, которые могут применяться в различных отраслях промышленности.

           Известен способ получения углеводородных блок-сополимеров типа А-В-А, модифицированных линейным полисилоксаном, заключающийся в том, что в гидрированный или негидрированный блок-сополимер А-В-А с мол.м. 50000-600000, содержащий 20-50% стирольного блока с мол.м. 15000-40000 и 50-80% этиленбутиленового или бутадиенового блока с мол.м. 20000-50000 в экструдере Брабендера диспергируют 0,1-12% линейного полиорганосилоксана формулы (R1R2SiO)n, где R1 и R2=H, Me, Ph, n=10-20000, с вязкостью 200-13000 и получают эластомер, имеющий улучшенные поверхностные свойства и перерабатываемость в результате включенные в него полисилоксана [1] Недостатком указанного способа является трудность введения полисилоксанового масла в блок-сополимер из-за плохой совместимости этих продуктов, следствием чего является недостаточно равномерное распределение масла в полимере и разброс по свойствам.

           Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ получения блок-сополимеров, имеющих свойства термоэластопластов и состоящих из двух концевых блоков полиальфаметилстирола и блока полидиена (бутадиена, изопрена) с содержанием 1,4-звеньев около 50% заключающийся в полимеризации при температуре менее 15оС альфа-метилстирола в инертном углеводородном растворителе с использованием монофункциональных инициаторов анионного типа, например бутиллития, и полярных добавок из числа диметоксиэтана, тетрагидрофурана, гексаметилфосфортриамида и др. последующем добавлении к образовавшемуся "живущему" полиальфаметилстиролу сопряженного диена и проведении реакции блок-сополимеризации при температуре более 50оС и добавлении к "живущему" блок-сополимеру сочетающих агентов из числа диоксида углерода, сульфидоксида углерода, сероуглерода, галогенов, дигалогенуглеводородов, кремнийорганических соединений формулы R2SiX2, где R алкил С1-6 или арил, Х хлор, бром [2] Недостатком указанного способа является то, что получаемые по этому способу блок-сополимеры имеют невысокие физико-механические и технологические свойства. При переработке полимера методом экструзии трудно получить качественные гранулы из-за их слипания. Готовый товарный продукт, полученный в виде крошки или гранул, подвержен слипанию при хранении в естественных условиях, поэтому появляется необходимость введения специальных антиадгезионных веществ как при переработке полимера, так и при хранении и транспортировке.