Инженерные пластики и их применение. Часть 12

Химическая природа этих трех групп сильно различается. Кроме того, их сетевые структуры основаны на трех различных принципах, что свидетельствует о больших возможностях, открытых для исследователей будущих термопластичных термореактивных материалов. Полимерная основная цепь иономеров состоит, главным образом, из этилена и винильного сомономера, такого как метакриловая кислота, что демонстрирует боковые карбоксильные группы. Эти линейные цепи «сшиты» ионными межмолекулярными силами посредством включения катионов металлов из групп I или II периодической таблицы. Таким образом, сетчатая структура формируется электростатическими силами, подобными силам в неорганических кристаллах, а не ковалентными связями, которые обнаруживаются в типичных термореактивных материалах. Плотность сшивки можно варьировать в этих системах путем сополимеризации различных количеств винилового мономера с этиленом и путем варьирования типа и количества катионов металлов в полимере. Как и для всех полимеров, на физические свойства также в некоторой степени влияет молекулярная масса и молекулярно-массовое распределение.

Сеть стирол-бутадиеновых эластомеров основана на втором принципе, который, опять же, отличается от ковалентных поперечных связей типичных реактопластов. Трехмерная структура в этом случае образована физическими поперечными связями, которые размягчаются или «плавятся» при температурах обработки и реформируются при охлаждении. Удивительная стабильность физических поперечных связей обусловлена особыми условиями во время сополимеризации, которая приводит к полимеру с жесткими полистирольными сегментами на концах цепи, соединенными гибкими эластомерными полибутадиеновыми сегментами. Концы жесткой цепи образуют молекулярные группы со свойствами чистого полистирола, что придает жесткость полибутадиену и действует как ковалентные сшивки в вулканизующих эластомерах, тогда как полибутадиеновые участки цепи придают гибкость, высокую растяжимость и хорошие низкотемпературные свойства. Эти свойства используются, например, при производстве труб ABS для низкотемпературных приложений.

Хотя подобные эффекты наблюдались в высококристаллических термопластах, где кристаллы действуют как «поперечные связи», псевдотермореактивное поведение более выражено в случае стирол-бутадиеновых эластомеров. Кроме того, образование кристаллической структуры зависит от условий обработки и охлаждения, в то время как полистирольные структуры в стирол-бутадиеновых эластомерах и, следовательно, поперечные связи затвердевают в большей степени независимо от условий обработки. Полиуретаны, третья группа полимеров, которые будут обсуждаться в этой статье, представляют собой гораздо более широкую область применения, чем иономеры или стирол-бутадиеновые эластомеры. Из-за большого количества возможных мономеров, которые можно использовать для получения полиуретанов и их соответствующих комбинаций, полиуретаны охватывают весь спектр полимеров от термопластов до термореактивных с высокой степенью сшивки.

Истинно термопластичные элементы имеют в основном более низкую молекулярную массу и, конечно, получены из линейных исходных материалов, в то время как термореактивные материалы изготовлены из мономеров с функциональностью 3 или более. Термореактивные полиуретаны обязаны своей термопластичностью сочетанию межмолекулярных водородных связей и образованию определенных ковалентных связей, которые могут обратимо диссоциировать при повышенных температурах. Это не означает, что все эти возможности будут присутствовать в любом отдельном полимере. Две наиболее распространенные ковалентные связи представляют собой аллофанатную и биуретовую группы, которые могут обратимо диссоциировать при температуре обработки и реформироваться при более низких температурах. При определенных обстоятельствах уретдионовая группа может также термически расщепляться на изоцианат и затем рекомбинировать с двумя уретановыми группами с образованием двух аллофанатов.

До сих пор определение термопластичных термореактивных конструкционных пластиков основывалось на их молекулярной структуре, и было объяснено, почему эти материалы имеют сходство как с термопластами, так и с термореактивными. Однако также возможно определить термопластичные термореактивные материалы строго с точки зрения свойств обработки, что приводит к теоретически менее обоснованной классификации, но весьма практичной. По этому определению термопластичные термореактивные материалы представляют собой те полимеры, которые могут быть переработаны в короткие циклы, такие как термопласты, но также при низких температурах и относительно низких давлениях. По завершении цикла формования полимеры проявляют типичные свойства термореактивных материалов.

Определенные таким образом термопластичные термореактивные материалы отличаются от иономеров и стирол-бутадиеновых эластомеров тем, что первые обрабатываются как материалы с низкой молекулярной массой и низкой вязкостью, которые обладают высокой реакционной способностью и полимеризуются во время цикла формования, превращаясь в термореактивные материалы. Этот процесс не является обратимым, и конечные полимеры показывают только очень ограниченную пластичность. Их сырье отличается от большинства термореактивных материалов скоростью полимеризации и низкими температурами и давлениями, необходимыми для их цикла формования. Термин «литье под давлением» был придуман для полиуретановых инженерных пластиков в этой группе. Как видно из этого названия, они впрыскиваются в форму, очень похожую на форму для литья под давлением, но из-за своей низкой вязкости по сравнению с термопластами они требуют очень небольшого давления и могут обрабатываться при комнатной температуре или немного выше нее.