А27878 Андреев АК Материалы для низкотемпературной техники

Таблица 5.18

Механические свойства винипластов

Показатели						Температура, °С
	–196	– 75	– 20	0	20		40	60	75	100	130	150
Временное со-	110	120	90	70	50		40	30	20	4	2	1
противление
при растяже-
нии, МПа
Относительное	0	0	0	8	20		30	60	200	350	80	50
удлинение при
растяжении, %
Длительная	–	–	–	25	20		10	4	15	–	–	–
прочность при
растяжении,
МПа

Винипласт применяют в качестве конструкционного материала в химической промышленности для изготовления ванн, емкостей, трубопроводов, запорной арматуры, футеровки (табл. 5.19).

Таблица 5.19

Основные области применения поливинилхлорида

Суспензионный поливинилхлорид	Латексный поливинилхлорид
Кабельный материал, свето- и термо-	Прочные пластикаты и мягкие плен-
стойкий изоляционный материал,	ки, изоляция, искусственная кожа,
пленки, искусственная кожа, меди-	фольга, щетина, техническая паста
цинский пластикат, свето- и термо-	для уплотнения, жесткая пленка,
стойкий шланговый материал, плен-	микропористые сепараторы, произ-
ки, галантерейные изделия, лаковый	водство винипласта, труб, стерж-
перхлорвинил, производство винипла-	ней, твердых формовочных деталей,
ста; кордоленты, искусственные по-	пенопластов, формопластов, лаков
дошвы, линолеум, производство низ-
комолекулярного перхлорвинила

211

Изделия из винипласта используются в системах коммунального водоснабжения, канализации, в строительстве в качестве отделочных материалов, кровельных листов, оконных рам; в качестве материала для тары и бытовых товаров – сосудов, контейнеров, флаконов.

Еще одна область применения поливинилхлорида – защитные покрытия. Некоторые физико-механические показатели и эксплуатационные характеристики покрытий из винипласта приведены в табл. 5.20.

Таблица 5.20

Основные свойства покрытий из винипластов

	Показатели	Материал покрытия
		1*	2*
	Плотность, г/см3	1,38	1,20–1,30
	Временное сопротивле-	45–60	10
	ние при растяжении ζ
	раст, МПа
	Твердость, НВ	1,5–1,6	–
	Морозостойкость, °С	–10 (– 50)**	–15
	Теплостойкость	65	–
	по Мартенсу, °С
	Свариваемость	Горячими газами	Горячими газами
		с помощью прутков, ТВЧ	с помощью прутков, ТВЧ
	Вид материала, исполь-	Ленты, пластины,	Листы
	зуемого для покрытия	листы
	Способ крепления по-	С помощью эпоксидных	С помощью эпоксидных
	крытия к металлу	и других клеев	и других клеев
	Максимальная темпера-	60	40
	тура эксплуатации,°С
	Защищаемые объекты	Химическая аппаратура,	Химическая
		трубопроводы	аппаратура
	Водопоглощение	0,4–0,6	0,3–0,4
	за 24 ч, %

__________

*1 – поливинилхлорид непластифицированный (винипласт), 2 – поливинилхлорид пластифицированный (пластикат листовой, прокладочный).

** Для ударопрочного винипласта.

212

Эластичные массы на основе поливинилхлорида (пласти-

каты). Пластикат – техническое название термопластичных смесей пластифицированного и подвергнутого термомеханической пластикации поливинилхлорида. В состав пластиката, кроме ПВХ и пластификатора, входят стабилизаторы (термостабилизаторы и антиоксиданты), наполнители, смазки и пигменты. Размер частиц порошкообразных стабилизаторов, наполнителей, пигментов и смазок не должен превышать 2–10 мкм. В производстве пластикатов используют ПВХ, полученный суспензионной полимеризацией или полимеризацией в массе, со среднечисловой молекулярной массой 90–115 тыс. Пластификаторы вводят в композицию в количестве от 30 до 90 % от массы поливинилхлорида.

При выборе пластификатора следует учитывать его физические свойства, совместимость с полимером, стойкость к внешним воздействиям, токсичность, огнестойкость и т. д. В качестве пластификаторов применяют вещества, хорошо или ограниченно совместимые с поливинилхлоридом. К ним относятся диалкилфталаты и трикрезилфосфат. Ограниченно совместимыми пластификаторами являются диоктилсебацинат, адипинаты, триоктилфосфат, полипропиленадипинат и поли-пропиленсебацинат.

Для получения пластиката с высоким электрическим сопротивлением и морозостойкостью до –40 °С применяют фталаты, а с морозостойкостью до –60 °С – смеси ограниченно совместимых низкомолекулярных пластификаторов с хорошо совместимыми пластификаторами. Весьма эффективный способ повышения морозостойкости пластификатора – введение в композицию бутадиеннитрильного каучука.

Антиоксиданты – фенолы, эпоксидированные растительные масла вводятся в отношении 0,02–0,5 % от массы пластификатора. Они повышают атмосферо- и светостойкость пластиката. Антиоксиданты предотвращают деструкцию поливинилхлорида и пластификатора. Количество наполнителей обычно не превышает 30 % от массы поливинилхлорида. В качестве наполнителей используют каолин, аэросил, диоксид титана, тальк, асбест.

Основные свойства поливинилхлоридного пластиката приведены в табл. 5.21 и 5.22.

213

Таблица 5.21

Свойства поливинилхлоридного пластиката различного назначения

		Изоляция проводов		Оболочка кабелей		Элект-
						ропро-	Прочие
	Показатели	общего	высокотемпера-	общего	для	водя-	пласти-
		назна-		назна-	арктиче-	щие	каты*
		чения	турная	чения	ских	плас-
			(до
					условий	тика-
			105 °С)
						ты
	Плотность,	1,27–	1,23–1,29	1,22–	1,15–1,17	2,90–	–
	г/см3	1,30		1,29		4,10
	Временное
	сопротивле-	20–25	14–22	14–18	11–18	10–26	5–18
	ние при рас-
	тяжении,
	МПа
	(20 °С)
	Относитель-	260–				70–
	ное удлине-		250–380	220–350	120–440		60–300
		360				250
	ние при рас-
	тяжении, %
	(20 °С)
	Удельное
	объемно-
	электриче-
	ское
	сопротивле-	1,10–	1,10–8,10	1–10	1–10	1–10	–
	ние, ГОм м:	5,10	3,10–5,10	–	–	–	–
	при 20 °С	1,10–
	при 40 °С	7,10
	Электриче-
	ская	27–37	29–40	–	–	–	–
	прочность,
	кВ/мм
	Морозостой-	До –50	До –50	До –50	До –65	До –	До –50
	кость, °С					45
	Температура	220–	243–255	210–230	220–240	–	165–200
	разложения,	250

214

	°С
	Водопогло-			0,05 –			0,1						0,3			0,6			–			1,5
	щение за 24 ч			0,2
	при 20 °С, %
	Оптимальная			165–				170–175				155–180			175–185				–		155–180
	температура			175
	расплава при
	переработке,
	°С
_____________
	* Прокладки, трубки, профили, эластичные резервуары.
																			Таблица 5.22
			Свойства* поливинилхлорида с пластификатором**
	Темпе-					Массовое содержание бутилбензинфталата-160
	ратура								в поливинилхлориде, %
	Т, К			19,1								16,7							23,0
		-1				-1							-1							-1
						К				-1			К				-1			К
		·К			6	·		1		К·		6	·	1			К·		6	·		1
						3							3							3
		-1			,	-		ч·		-1		,	-		ч·		-1		,	-		ч·
					·10							·10							·10
		λ, Вт·м			С Джм·			-		λ, Вт·м		С Джм·		-			λ, Вт·м		С Джм·			-
								,а м						,а м								,а м
					v			2				v		2					v			2
	250	1,32			1,21			41,1		1,30		1,18		43,5			1,31		1,09			42,3
	260	1,35			1,22			40,6		1,41		1,29		41,9			1,38		1,20			41,3
	273	1,38			1,25			40,0		1,56		1,44		40,0			1,48		1,34			40,0
	280	1,40			1,27			39,6		1,64		1,52		38,9			1,53		1,42			39,3
	290	1,42			1,32			39,1		1,76		1,64		37,4			1,61		1,52			38,3
	300	1,45			1,44			38,61		1,88		1,75		36,0			1,68		1,63			37,3

_______________

* λ – теплопроводность; Сv – теплоемкость; а – температуропровод-

ность.

** Поливинилхлорид на основе смеси РС 40 с добавкой пластификатора бутилбензинфталата-160 (США).

Смазки обеспечивают переработку пластиката и улучшают внешний вид изделий. В качестве смазок применяют стеарин, стеа-

215

риновую кислоту, стеараты кальция, кадмия, бария и свинца в количестве от 1 до 3 % от массы.

Пластикаты перерабатываются в изделия на экструдерах, прессах и литьевых машинах. Температура переработки гранул пластиката должна быть примерно на 5 °С выше, чем при пластикации.

Пластифицированный поливинилхлорид имеет высокие электроизоляционные свойства, обладает атмосферостойкостью, влагонепроницаемостью, хорошей эластичностью. Изоляционный пластикат и пластикат для защиты оболочек на проводах, кабелях и телефонных шнурах эксплуатируются в интервале температур от –60 до 70 °С, а спиральные телефонные шнуры от –30 до 55 °С.

216

Пластикаты широко применяются для изготовления изделий медицинского назначения и товаров народного потребления, а также во многих других отраслях промышленности для технических целей.

Кроме того, пластикаты используются в качестве изоляции для изготовления уплотнительных прокладок, мягких резервуаров, тары, трубок, лент, пленок, колпачков, втулок, мембран, профильных и погонажных изделий.

Полимерные материалы на основе хлорированного поли-

винилхлорида. Поливинилхлорид подвергают хлорированию в целях улучшения растворимости и повышения теплостойкости. С увеличением содержания хлора возрастает устойчивость поливинилхлорида к действию агрессивных сред. В России продукты ограниченного хлорирования поливинилхлорида, содержащие в составе 62,5–64,5 % связанного хлора, принято называть перхлорвиниловыми смолами.

Перхлорвиниловые смолы – аморфный полимер. Его молекулярная масса зависит от молекулярной массы исходного поливинилхлорида, находящейся обычно в диапазоне от 40 до 80 тыс., и способа хлорирования. В результате гомогенного хлорирования поливинилхлорида в его макромолекуле в среднем у каждой третьей метиленовой группы водород заменяется на хлор. Такой состав соответствует содержанию в полимере 64 % хлора, тогда как в исходном поливинилхлориде содержится не более 56 % хлора.

Физические свойства хлорированного поливинилхлорида зависят от способа хлорирования, типа исходного поливинилхлорида и содержания хлора. Физико-механические, теплофизические и электрические свойства перхлорвиниловых смол приведены в табл. 5.23.

При нормальной температуре перхлорвиниловая смола относительно устойчива к действию хромовой смеси, царской водки, фосфорных кислот, окислителей типа гипохлорита, перманганата калия и растворов различных солей. К щелочам перхлорвиниловая смола менее устойчива, чем к кислотам. Однако с повышением температуры до 80 °С ее устойчивость к кислотам снижается. Нагревание в инертной атмосфере при температуре ниже 330 °С сопровождается выделением НС1.

217

Таблица 5.23

Основные свойства перхлорвиниловых смол

Показатель	Величина
Плотность, г/см3	1,47–1,50
Насыпная масса, г/см3	0,2–0,25
Вязкость (в дихлорэтане при 20 °С):
абсолютная, МПа · с	1,23
удельная	0,12
Временное сопротивление, МПа:
при растяжении ζ раст	65–75
при изгибе ζ изг	110
Относительное удлинение при растяжении, %	4–6
Температура, °С:
стеклования	85–95
разложения	130–145
Удельная ударная вязкость, кДж/м2:
с надрезом	5
без надреза	400
Модуль упругости при растяжении, МПа	3200
Теплостойкость, °С:
по Мартенсу	70
по Вика	120
Морозостойкость, °С	Не менее –45
Диэлектрическая проницаемость при частоте 50 Гц	3,0
Водопоглощение за 168 ч при 20 °С, %	10
Тангенс угла диэлектрических потерь	> 0,01
Удельное электрическое поверхностное сопротив-	108
ление, Ом

Суспензионные хлорированные поливинилхлориды перерабатывают экструзией, каландрованием, литьем под давлением. Из них изготавливают трубы для транспортировки горячих (вплоть до 100 °С) и агрессивных жидкостей, например трубы для центрального отопления и канализации, контейнеры, ванны и другие конструкции в химическом машиностроении. Растворы перхлорвинила являются хорошими клеями для поливинилхлоридных пластиков и применяются в качестве антикоррозионных лаков. Перхлорвиниловые краски можно применять для наружной окраски

218

зданий даже зимой; кроме того, на основе хлорированного ПВХ изготавливают электроизоляционные и упаковочные пленки, а также синтетические волокна.

Полимерные материалы на основе сополимеров винилхло-

рида. Сополимеры винилхлорида – это продукты, получаемые сополимеризацией винилхлорида с одним или несколькими мономерами, прививкой одного или нескольких мономеров на макромолекулу поливинилхлорида либо прививкой винилхлорида на макромолекулы других полимеров или сополимеров (привитые сополимеры), а также взаимодействием поливинилхлорида с полимерами различной химической природы (привитые и блок-сополимеры). Сополимеры винилхлорида синтезируют в целях модификации свойств поливинилхлорида, придания ему особых физических, химических или механических свойств.

Практически все сополимеры винилхлорида – твердые продукты белого цвета с различной молекулярной массой. Сополимеры винилхлорида используют преимущественно для производства лаков, эмалей, волокон, пленок. К числу наиболее важных и широко применяемых сополимеров винилхлорида относятся продукты совместной полимеризации винилхлорида с винилиденхлоридом, винилацетатом, акрилонитрилом, метилметакрилатом и бутилакрилатом.

Наибольшее распространение получили сополимеры винилхлорида, содержащие от 5 до 95 % винилиденхлорида. При содержании винилиденхлорида не более 70 % сополимеры аморфны, имеют высокое относительное удлинение при разрыве, обладают повышенной растворимостью и лучшей совместимостью с пластификаторами и бутадиеннитрильными каучуками, чем поливинилхлорид. Если содержание винилиденхлорида превышает 70 %. то сополимеры винилхлорида с винилиденхлоридом кристалличны. Кристаллические сополимеры винилхлорида с винилиденхлоридом обычно содержат 80–95 % винилиденхлорида. Их выпускают в виде порошка белого цвета и гранул размером не более 5 мм. Эти сополимеры могут содержать стабилизаторы, пластификаторы и пигменты. Основные свойства кристаллических сополимеров винилхлорида с винилинденхлоридом приведены в табл. 5.24.

Кристаллические сополимеры малогорючи. Они устойчивы к действию спиртов, жиров, масел, нефтепродуктов, соляной и ор-

219

ганических кислот, растворов солей, щелочных и щелочно-зе- мельных металлов; ограниченно устойчивы к действию бензола, серной кислоты; неустойчивы к действию дихлорэтана, кетонов, эфиров, водных растворов аммиака.

Таблица 5.24

Основные свойства кристаллических сополимеров винилхлорида с винилинденхлоридом

Показатель	Величина
Плотность, г/см3	1,67–1,75
Временное сопротивление отпрессованного
образца, МПа:
при растяжении ζраст	21
при сжатии ζсж	52
Модуль упругости при растяжении, МПа	350–1400
Температура размягчения, °С	55
Теплопроводность Вт/(м · °С)	130–145
Удельная теплоемкость, кДж/(кг °С)	1,32
Максимально допустимая рабочая температура, °С	71–76
Диэлектрическая проницаемость при частоте 50 Гц	3–5
Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1 МГц	0,03–0,065
Удельное электрическое объемное сопротивление,	1014
Ом · см
Водопоглощение за 24 ч, %	Не более 0,1

Методы переработки сополимеров винилхлорида аналогичны методам, используемым для переработки поливинилхлорида. Обычно применяют те же пластификаторы и стабилизаторы, что и для поливинилхлорида Эти сополимеры используют для производства жестких изделий и деталей (различной арматуры, фильер для формования вискозного волокна, медицинских инструментов, корпусов электрических батарей и аккумуляторов, тары, антикоррозионных обкладок и т. д.), формуемых методом прессования при температуре 100–180 °С, давлении 3,5–35 МПа или методом литья под давлением при температуре 130–200 °С, давлении 50–210 МПа.

220