Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Расширенное руководство по полимерам. Свойства термопластов. PLA, PPZ, POM

2 декабря 2019
Расширенное руководство по полимерам. Свойства термопластов. PLA, PPZ, POM

Вкратце рассмотрим несколько видов термопластов, которые не связаны с трубопроводными системами напрямую, однако знание их свойств может быть полезно инженеру. И первый материал здесь — полимолочная кислота или полилактид (PLA), который представляет собой термопластичный алифатический полиэфир, полученный из возобновляемых ресурсов. В 2010 году PLA занимал второе место по объему потребления среди всех биопластов в мире, хотя он до сих пор не является в полной мере коммерческим полимером. Его широкому применению препятствовали многочисленные физические и технологические недостатки. Название «полимолочная кислота» не соответствует стандартной номенклатуре IUPAC, и потенциально может быть неоднозначным или вводящим в заблуждение, поскольку PLA — это не поликислота (полиэлектролит), а скорее полиэстер.

PLA бывают разных типов и варьируются от аморфного стеклообразного полимера до полукристаллического и высококристаллического полимера с температурой стеклования +60 °C и температурой плавления +130...+180 °C. Модуль упругости при растяжении составляет 2,7–16 ГПа. Термостойкий PLA выдерживает температуру до +110 °C. Основные механические свойства PLA находятся между свойствами полистирола и ПЭТ. Температура плавления может быть увеличена на 40–50 °C, а температура его теплового отклонения может быть увеличена с приблизительно +60 °C до +190 °C путем физического смешивания полимера с PDLA (поли-D-лактид). PDLA и PLLA образуют высоко регулярный стереокомплекс с повышенной кристалличностью. Стабильность температуры максимизируется при использовании смеси в пропорции 1:1, но даже при более низких концентрациях 3-10% PDLA все еще наблюдается значительное улучшение. В последнем случае PDLA действует как катализатор, увеличивая скорость кристаллизации. Биодеградация PDLA происходит медленнее, чем для PLA из-за более высокой кристалличности PDLA. Модуль упругости при изгибе у PLA выше, чем у полистирола, а также у PLA хорошая термостойкость.

Некоторые технологии, такие как удлинение цепи и введение сшитых структур, могут были использованы для улучшения механических свойств полимеров PLA. Как и большинство термопластов, полимолочная кислота может быть переработана в волокно (например, с использованием обычных процессов из расплава) и пленку. PLA имеет сходные механические свойства с полимером PETE, но имеет значительно более низкую максимальную температуру непрерывного использования. Благодаря высокой поверхностной энергии PLA легко печатается, что делает его широко используемым в 3-D печати. Прочность на растяжение для трехмерного печатного PLA была определена ранее. Существует также поли (L-лактид-со-D, L-лактид) (PLDLLA) - используемый в качестве каркаса PLDLLA / TCP для технологий костной инженерии.

Следующий материал, который мы будем рассматривать в этой части, называется полиорганофосфазен (для его обозначения чаще всего используется аббревиатура PPZ). Полиорганофосфазен представляет собой пластик с участием неорганических цепей. В этом случае атомы азота (N) и фосфора (P) образуют цепочку различных органических боковых групп, которые могут быть присоединены к атому фосфора. Получающиеся в результате цепи с высокой молекулярной массой часто являются гибкими (низкая температура стеклования, Tg) и, таким образом, подходят для использования в качестве эластомеров. Типы с более высокой Tg и типами кристаллизации имеют хорошие применения в качестве покрытий, волокон и биомедицинских материалов. PPZ по своей природе огнестойки, обладают хорошей атмосферостойкостью и водоотталкивающими свойствами. Рассматриваются их варианты применения в качестве отдельных элементов для трубопроводной арматуры.

Далее рассмотрим такой материал, как полиоксиметилен (polyoxymethylene или POM), который более известен у нас под такими названиями, как полиформальдегид или ацеталь. Полиоксиметилен (будем называть его по химической формуле) представляет собой термопластичный материал. Это молекула, содержащая функциональную группу углерода, связанную с двумя -OR группами. POM был впервые обнаружен немецким химиком Германом Штаудингером, который получил Нобелевскую премию по химии 1953 года. Он изучал его в 1920-х годах, но обнаружил, что он термически нестабилен. Затем его синтезировали в компании DuPont, однако этот материал имел ту же проблему, что и POM Штаудингера и также был термически нестабильным и, следовательно, бесполезным с коммерческой точки зрения.

Расширенное руководство по полимерам. Свойства термопластов. PLA, PPZ, POM

Термостабильный гомополимер POM был наконец обнаружен химиком Далем Нагором. Он понял, что, взаимодействуя на концах полуацеталя с уксусным ангидридом, он может легко деполимеризовать полуацеталь в термостойкий и перерабатываемый в расплаве термопластик. В 1960 году компания Du Pont построила завод по производству Delrin (коммерческое название материала, собственной версии гомополимера POM), а ещё в том же году в Celanese завершили исследование сополимера и в 1962 году начали производство под торговой маркой Celcon. Другие производители последовали за ними со своими версиями этих материалов.

Полиоксиметилен демонстрирует такие свойства, как высокая жесткость, низкий коэффициент трения, твердость, высокая стойкость к истиранию, высокая термостойкость, низкое водопоглощение, хорошие электрические и диэлектрические свойства, отличная стабильность размеров, большее сопротивление ползучести, чем у нейлона, низкие выбросы дыма, глянцевая поверхность, высокая кристалличность. С другой стороны, материал имеет высокую пожароопасность (хотя есть и огнестойкие марки, но они более дорогие), плохую устойчивость к кислотам / щелочам, высокую скорость усадки и ограниченный диапазон рабочих температур.

Важно отметить, что для производства гомополимерной и сополимерной версий POM используются разные производственные процессы. Чтобы сделать гомополимер, сначала нужно сделать безводный формальдегид. Затем формальдегид полимеризуется с помощью анионного катализа, и полученный полимер стабилизируется реакцией с уксусным ангидридом. Произведенная вода должна быть удалена из реакции. Гомополимер обладает отличной устойчивостью к ползучести. Delrin от Du Pont обычно изготавливается именно так. Сополимер POM требует, чтобы формальдегид превращался в триоксан, что может быть выполнено кислотным катализом с последующей очисткой триоксана дистилляцией или экстракцией для удаления воды и других активных примесей, содержащих водород. Celanese и другие производят именно сополимер.

Расширенное руководство по полимерам. Свойства термопластов. PLA, PPZ, POM

Полиоксиметилен поставляется в гранулированном виде и, при нагревании и давлении, может быть отформован в желаемую форму. POM может быть отлитым под давлением, а также ротационным и выдувным. Он также может быть выдавлен в виде прямоугольных или круглых стержней, которые можно использовать для обработки. POM очень трудно связать. Сварка растворителя из ацетальных полимеров обычно неудачна из-за превосходной стойкости растворителя к этому материалу. Однако термическая сварка была успешно использована как на гомополимере, так и на сополимере. POM — это инженерный пластик, используемый в деталях, требующих точности при изготовлении.

Применения для POM включают компоненты с высокими эксплуатационными характеристиками, такие как шестерни и крепежные элементы (винты, гайки, шайбы, и т. д.). Он также используется в других приложениях, таких как крепления для лыж, электронные сигареты, браслеты для часов, молнии, ёмкости для инсулина и дозирующие ингаляторы. Он используется в музыкальных инструментах для отмычек и мундштуков для инструментов, в пищевой промышленности для таких применений, как молокоотсосы и патрубки для кофе, и даже в качестве растворителя для духов и синтетического вкусового ингредиента. В следующей части рассмотрим несколько других инженерных термопластов.

Расширенное руководство по полимерам. Свойства термопластов. PLA, PPZ, POM

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад