2 Основные свойства, преимущества и недостатки пластмасс

Интенсивное развитие промышленности полимерных материалов и рост объемов потребления пластмасс связано с комплексом ценных свойств и обширной сырьевой базой для их получения. Важнейшими свойствами пластмасс являются:

1. Малый удельный вес:=0,92,2 гсм³ в среднем в 2 раза легче Al, в 58 раз легче стали, Cu, Pb.

2. Низкий коэффициент трения и малый износ, поэтому многие полимеры являются хорошими антифрикционными материалами для узлов трения. Но есть типы пластмасс с высокими фрикционными свойствами при малом износе.

3. Высокая химическая стойкость. Полимеры не подвержены коррозии, устойчивы к кислотам, щелочам, маслам и т. д.

4. Отличные диэлектрические свойства. Многие пластмассы(ПЭ, ПС и др.) лучшие диэлектрики современной электро- и радиотехники.

5. Широкий спектр деформационно-прочностных свойств: от высокопрочных, высокомодульных до эластичных даже при низких температурах.

6. Хорошие оптические свойства. Некоторые типы пластмасс пропускают лучи света в широком диапазоне частот, в УФ-области спектра до 90-99%,что выше в несколько раз обычного стекла.

7. Привлекательный внешний вид изделий из пластмасс.

Наряду с перечисленными ценными свойствами пластмассы обладают и некоторыми недостатками, ограничивающими их применение:

1. Ограниченная теплостойкость пластмасс( от 70 до 200С)., только некоторые типы могут работать при 250320С.

2. Старение пластмасс в процессе эксплуатации: ухудшение деформационно-прочностных свойств в результате деструкции под воздействием внешних факторов(О₂,влаги, температуры, облучения и т. п.).

3. Низкая теплопроводность пластмасс, меньше в сотни раз чем у стали, Cu, Al, что ограничивает их применение, где требуется отвод тепла.

4. Малая поверхностная твердость появления царапин в процессе эксплуатации.

Комплекс ценных свойств пластмасс, доступность сырьевой для их производства и возможность изготовления изделий без механической обработки на основе пластифицирующих процессов (прессование, литье под давлением, экструзия) обусловили широкое применение полимерных материалов во всех отраслях промышленности, сельского хозяйства, в обеспечении комфортной жизнедеятельности людей.

3 Применение и производство пластических масс.

Первой промышленной пластмассой, полученной в 1843г вулканизацией натурального каучука серой, был эбонит, используемый в качестве электроизолятора. Поступательное развитие промышленности пластмасс всех классов в 19^-ом 20^-ом столетиях позволило с 50^-х по 80^-е годы 20^-го столетия увеличить производство пластмасс  в 30 раз и в 1985г мировое производство пластмасс достигло 60млн.т.

В настоящее время во всех экономически развитых странах промышленность пластмасс является одной из ведущих отраслей хозяйства. Мировое производство пластмасс составляет около 180млн.т. Объемы производства термопластов в 34 раза выше объемов производства термореактов. Из всех термопластов составляющих 70% мирового производства пластмасс 40% полиолефины остальное ПВХ, ПС и сополимеры, ПЭТФ. Резкое увеличение объемов производства пластмасс особенно ПП, ПЭ и ПЭТФ обусловлено возросшим потреблением пластмасс упаковочной отраслью, а также производством волокон и нитей. На производство упаковки расходуется  38% всего выпуска пластмасс. Производство волокон и нитей потребляет 1820% выпускаемых ПП,ПА и ПЭТФ.

В Беларуси в настоящее время предприятиями химической отрасли производится около 190тыс.т. синтетических смол и пластмасс (ПЭНП (Новополоцк),ПА(Гродно),ПЭТФ(Могилев),ПВА(Лида) и  80тыс.т. химических волокон и нитей (ПА,ПП,ПЭТФ и др.). Потребляется полимерных материалов больше, чем производится.

4 ПР-во ПЭНД в автоклаве с мешалкой

В зависимости от метода полимеризации свойства полиэтиле­на довольно значительно изменяются. Полиэтилен, полученный при высоком давлении (радикальная полимеризация), характери­зуется меньшими температурой плавления и плотностью, чем по­лиэтилен, полученный по методу Циглера или Филлипса (ионная полимеризация). Эти полимеры имеют линейное строение и вы­сокую степень кристалличности, в то время как при радикальном механизме полимеризации образуется продукт, содержащий неко­торое количество разветвленных звеньев в макромолекулах.

Полиэтилен ВД представляет собой продукт в виде гранул. Для характеристики продукта важное значение имеет индекс расплава. Под этим термином понимают величину, определяемую по скорости истечения расплавленного материала через капилляр стандартных размеров при определенных температуре (190 °С) и давлении (2,16 кгс/см²). Чем больше величина индекса расплава, тем лучше текучесть образца продукта и тем меньше его молекулярный вес. Полиэтилен ВД устойчив к действию кислот, щелочей, раство­ров солей, органических растворителей. Он разрушается только под действием концентрированной азотной кислоты. Пленки из полиэтилена ВД отличаются высокой газопроницаемостью, однако проницаемость по отношению к водяным парам очень низка.

Полиэтилен ВД как типичный представитель термопластов перерабатывается в изделия литьем под давлением, экструзией и прессованием. Около половины всего выпускаемого количества полиэтилена ВД расходуется на производство пленки, используемой в сельском хозяйстве и для упаковки продуктов. Пленку по­лучают экструзией с последующим раздуванием. Литьем под давлением на литьевых машинах при 150-200 °С, давлений 1000 кгс/см² и средней продолжительностью цикла 20-50 сек из полиэтилена изготовляют главным образом предметы домашнего обихода, игрушки, конструкционные детали.

Автоклавный способ получения ПЭНД осуществляется практически по по схеме, близкой к схеме производства ПЭ в трубчатом реакторе (рис. 2.1), только аппарат представляет собой толстостенный цилиндр внутри которого вращается мешалка. Время пребывания этилена 2 мин. Инициатор перекись бензоила тем. 250 стпень конверсии 20%

Технологический процесс включает следующие основные стадии: смешение эти­лена с инициатором и возвратным газом, сжатие этилена, полимеризация этилена, отделение непрореагировавшего этилена от полиэтилена, гранулирование и выгрузка

РИС .2.1. Схема производства полиэтилена низкой плотности при высоком давлении в при­сутствии инициатора кислорода: 1  хранилище этилена; 2  смеситель этилена низкого давления; 3  компрессор первого каскада; 4  смеситель этилена высоко­го давления; 5  компрессор второго каскада; 6  трубчатый реактор; 7 отдели­тель высокого давления; 8  отделитель низкого давления; 9  экструдер-гранулятор; 10, 13  циклоны; 11, 14 холодильники; 12, 15  фильтры

Различия заключаются в конст­рукции реактора, который представляет собой автоклав с мешалкой (скорость вра­щения мешалки 10-15с^-1, компактный) , а также в методике подготовки инициаторов полимери­зации (используют чаще всего пероксиды и пероксиэфиры, которые растворяют в маслах и подают в автоклав с помощью плунжерных насосов). Между автоклавом и отделителем высокого давления для охлаждения расплава ПЭ (он может содержать остаток инициатора) и прекращения реакции полимеризации этилена установ­лен холодильник типа «труба в трубе»,. Температура подаваемого этилена 35-40С, температура реакции 150-280 °С, давление 100-300 МПа.

Марочный ассортимент выпускаемого ПЭ определяется температурой процесса, давлением в автоклаве и количеством одного или смеси различных инициаторов.

Рассмотренными методами полимеризации при высоком давлении можно получать не только ПЭ, но и разнообразные сополимеры этилена с винилацетатом, эфирами акриловой, метакриловой и малеиновой кислот, непредельными кислотами(акриловой, метакриловой, малеиновой, фумаровой, итаконовой), пропиленом и другими мономерами.

Примеси в этилене оказывают существенное влияние на длину цепей полимера, действуя как переносчики цепи. Поэтому полиэтилен полученный в присутствии радикальных инициаторов или кислорода, всегда содержит разветвления в виде коротких и длинных цепей (до 30 на 1000 углеродных атомов основной цепи), количество которых зависит от условий полимеризации и в значительной мере влияет на свойства полимера. Скорость реакции, разветвленность и молекулярную мас­су полимера, вязкость его расплава можно регулировать, изменяя температуру в ре­акторе, концентрацию инициатора и давление.

В автоклаве равномернее тепловой режим (часть теплоты полимеризации расходуется на нагревание этилена до температуры реак­ции), металлоемкость схемы с автоклавом ниже металлоемкости схемы с трубчатым реактором. получение ПЭ, применяемого при изготовлении покрытий для изоляции электрических проводов, кабелей и др.