Состав пластических масс. Наполнители. Пластификаторы. Стабилизаторы.

Состав пластических масс. Наполнители. Пластификаторы. Стабилизаторы.

Пластмассы – многокомпонентные смеси, основой которых является полимер или смесь полимеров, он в свою очередт связывает др компоненты системы и передает материалу свои св-ва (связующее). Кроме него в составе есть наполнители, пластификаторы, стабилизаторы, красители, смазки, отвердители и др. Введение добавок улучшает св-ва. Требования к добавкам: -должны хорошо распределятся в полимере с образованием достаточно однородной композиции, -иметь стабильные свойства при хранении, переработке и эксплуатации, -быть не токсичными, -низкая стоимость. Наполнители. Их вводят для улучшения механических свойств, уменьшения усадки во время отверждения, повышения стойкости к действию различных сред, для снижения стоимости. В зависимости от характера взаимодействия наполнители бывают: инертные (практически не изменяют свойства, снижают стоимость изделия) и активные (улучшают эксплуатационные свойства).Требования к наполнителям: -должны обладать способностью смешиваться с полимером с образованием системы, требуемой степени однородности, -должны уметь смачиваться раствором или расплавом полимера, -должны иметь стабильные свойства в процессе переработки, при хранении и эксплуатации, -быть доступными, дешевыми. Наполнители бывают порошкообразные, волокнистые, зернистые, листовые. По природе наполнители: органические (древесная мука), неорганические (мел, тальк). Волокнистые наполнители применяют в виде непрерывного и рубленого волокна. Зернистые – это полые сферы, чешуйки, гранулы различной формы из стекла, углерода и полимеров. Придают полимерам коррозийную стойкость, изменяют оптические св-ва, регулируют коэфф. трения. Листовые – придают полимерам свойства которые способны создавать слоистые пластики. Используются: бумаги, шпон, тканных и не тканных материалов. Наполнители могут быть газообразные и жидкие. Нанонаполнители – этот наполнитель активно участвует в химических и физических процессах образования и структурирования полимера. Пластификаторы – вводят для повышения пластичности материала при его переработке и эластичности материала при эксплуатации. Пластификатор должен термодинамично совмещаться с полимером. Совместимость зависит от природы полимера и пластификатора. Стабилизаторы. Старение – это процесс возникновения и развития нежелательных химических реакций под воздействием тепла, света, кислорода, воздуха, влаги, механических нагрузок. Для защиты от старения применяют специальные вещества – стабилизаторы. Их делят на: -антиоксиданты, -антиозонанты, -светостабилизаторы, -антирады. По механизму действия: блокирующие (реагируют со свободными полимерными радикалами на стадии их образования) и привентивные (вызывают разложение образующихся в полимере первичных продуктов окисления). Светостабилизаторы – применяют для защиты полимеров от светового старения. Их действие основывается на поглощении солнечного света. Антирады – способствуют повышению стойкости полимера к действию ионизирующего излучения. Принимают на себя энергию и рассеивают ее не претерпевая при этом существенных изменений.

Свойства пластических масс.

1. Механические св-ва – это комплекс показателей, которые определяют поведение полимерных материалов под действием механических сил.

Механическая прочность – это способность тела противостоять разрушению под действием внешних сил. Она бывает: - прочность при растяжении (хар-тся нагрузкой при которой разрушается образец); - прочность при сжатии (хар-тся напряжением при сжатии, которое соотв. нагрузке, вызывающей разрушения образца); - прочность при изгибе (хар-тся изгибающим напряжением, возникающим в момент разрушения образца); - прочность при ударе (хар-тся энергией, затрачиваемой на разрушение образца при ударе); - показатель твердости (хар-тся способностью материала сопротивлятся внедрению инородного тела). 2.Теплофизические св-ва – используются при определении термодинамических хар-к полимеров. К ним относятся теплопроводность, температуропроводность, теплоемкость, тепловое расширение. Теплостойкость – хар-т способность материалов не размягчаться при повышении t при действии постоянной нагрузки. Морозостойкость – хар-т способность полимеров сохранять свои эксплуатационные св-ва при низких t. 3. Электрические св-ва – это группа показателей, которые определяют поведение пластмасс в электрическом поле. Электрич. прочность – хар-тся значением напряженности электрич. поля при котором происходит пробой полимерного диэлектрика. Удельное объемное диэлектрическое сопротивление – хар-тся отношением напряженности электрич. поля к плотности тока, который проходит через объем образца полимера. Удельное поверхностное электрическое сопротивление – это отношение напряженности электрич. тока к плотности тока, проходящего по поверхности образца. 4. Оптические св-ва – хар-ют взаимодействие полимера с электромагнитным излучением оптического диапазона. К ним относятся: прозрачность, приломление, отражение, поглащение, рассеивание. Хим. стойкость – хар-тся отношением к различным агрессивным средам, к плесени, грибам. Водостойкость – это способность материала сохранять свои св-ва при длительном воздействии воды.

 

 

Производство ПЭНП(ПЭВД)

В промышленности ПЭНП получают непрерывным методом путем полимеризации этилена в трубчатом реакторе или в автоклаве. Этилен – газ, t_кип= -103,8, замерзает t= -169,2, его плотность при t_кип составляет 567кг/м³. Полимеризация в трубчатом реакторе осуществляется при Р=150-300МПа, при t=240-280 в присутствии инициаторов (кислорода, пироксидов).Технологический процесс включает следующие основные стадии:- смешение этилена с инициатором и возвратным газом; - сжатие этилена; - полимеризация этилена; - отделение непрореагировавшего этилена от ПЭ; - гранулирование; - выгрузка. Свежий этилен, чистота его 99,9%, из хранилища под Р=0,8-1,2МПа и возвратный этилен из отделителя низкого давления поступает в смеситель, в котором этилен смешивается с инициатором (О₂), затем все это поступает в многоступенчатый компрессор 1-го каскада. Здесь этилен сжимается, он до Р=25-30МПа смешивается в смесителе с возвратным этиленом и направляется в компрессор 2-го каскада. В компрессоре происходит многоступенчатое последовательное сжатие этилена. Этилен, сжатый до 150-300МПа при t=70-75, поступает в трубчатый реактор. Он м.б. введен в 1 и в др. зоны. В реакторе происходит лишь частичная полимеризация этилена 10-12% при t от 180-280. Смесь расплавленного ПЭ и этилена поступает в отделитель высоко давления, t этой смеси 260-280. В отделителе Р снижается до 25МПа. Непрореагированный этилен отделяется от ПЭ и через циклон (10), холодильник (11), фильтр (12) рециклируются (возвращаются в цикл) со свежим мономером.

ПЭ в виде расплава из нижней части отделителя поступает в отделение низкого давления. Здесь Р еще снижается до 0,13-0,18МПа и отсюда, непрореагированный этилен возвращается в цикл через (13,14,15) и идет в компрессор сжатия, где Р=0,8-1,2МПа.

Расплавленный ПЭ поступает в экструдер с коротким червяком, продавливается через фильеры и в виде стренгов, которые режутся ротационным ножом на гранулы. В расплав до его грануляции могут вводиться специальные добавки – термостабилизаторы, антиоксиданты, красители.

Трубчатый реактор состоит из прямых отрезков труб, которые соединены изогнутыми трубами – колачи. Они последовательно соединены друг с другом и снабжаются рубашками. Реактор подогревается перегретой водой с t=190-200. В 1-ой части реактора происходит подогрев этилена до 180-200, во 2-ой – полимеризация этилена при t=180-190. Если реатор трехзонный, то инверсия 20-30%.

Автоклавный способ получения ПЭВД производится по схеме близкой к схеме в трубчатом реакторе. Различие заключается в конструкции реактора. Реактор – автоклав с мешалкой и в качестве инициаторов используются пироксиды, которые предварительно растворяют масла и подают их в автоклав с помощью насосов. Между автоклавом и отделителем высокого давления, чтобы охладить расплав ПЭ и прекратить реакцию полимеризации этилена устанавливается холодильник. Обогрев автоклава осущ гор воздухом через секционные рубашки, а охлаждение – холодным воздухом.t этилена при данном способе 35-40, t реакции – 150-280 и Р=100-300МПа.

В автоклаве более равномерный тепловой режим, металлоемкость схемы ниже. В трубчатом реакторе лучше получают ПЭ, который используется для получения пленочных мат-в, в автоклаве – применяестя для изготовления покрытий для изоляции. Рассмотренные выше методы можно получать не только ПЭ, но и сополимеры этилена: с винилацетатом, с эфирами акриловой кислоты, с полипропиленом и др. мономерами.

Производство ПЭНД (ПЭВП)

Для производства ПЭНД используют 2 основных метода: суспензионный и газофазный.

По суспензионному методу ПЭВП получают в среде органического растворителя (гексан, бензин) в присутствии комплексных металлоорганических катализаторов. ПЭВП при низком давлении получают полимеризацией этилена в органическом растворителе. непрерывным методом при Р=0,15-0,5МПа и t=70-80. в присутствии катализаторов Циглера-Натта – комплексное металлоорганическое соединение, которое состоит из четыреххлористого титана (TiCl₄) и алкилов Al (триэтил, триизобутил, диэтил алюминий хлорида (Al(C₂H₅)₂Cl₂). Скорость полимеризации этилена и свойства получаемого ПЭ зависят от концентрации и активности катализаторов, t и Р процесса. Оптимальная t полимеризации равна 70-80. Если t повышается, резко снижается скорость процесса, т.к. разлагается катализатор. Если увеличивается Р, то значительно ускоряется процесс и в результате трудно поддерживать заданный режим. Чтобы регулировать показатель текучести расплава (ПТР) и молекулярную массу полимера в реакционную среду вводят водород, простые эфиры и др. добавки. Технологический процесс производства ПЭВП состоит из следующих основных стадий:- приготовление катализатора,- полимеризация этилена,- выделение, промывка и сушка порошка полимера. Al(C₂H₅)₂Cl₄*TiCl₄ (каталитический комплекс) приготавливается смешиванием растворов диэтилалюминий хлорида и тетрахлорида титана в бензине.Al(C₂H₅)₂Cl₄ и TiCl₄ подается в смеситель, t=20-25, все выдерживается в течение 15 минут и потом подается бензин, концентрация его 1г/л. Готовая суспензия катализатора подается в промежуточную емкость (2) – бензин с азотом. Подается в промежуточную емкость. Оттуда катализатор подается в реактор, потом этилен с водородом. Полимеризацию проводят при t=70-80, Р=0,15-0,2МПа. Конверсия этилена достигается 98%. Суспензия ПЭ в бензине из реактора (4) поступает в центрифугу непрерывного действия (5). Отжатый полимер проходит в аппарат для промывки (6) при t=50-70 при перемешивании мешалкой полимер обрабатывают смесью изопропилового спирта с бензином, чтобы разложить остатки катализаторов. Суспензию ПЭ снова центрифугируют (7), спиртобензиновую смесь направляют на регенерацию, а пасту ПЭ промывают в (8) свежей порцией спиртобензиновой смесью. Окончательную промывку проводят в (9). Отмытый порошок ПЭ сушат горячим азотом в кипящем слое в сушилке до тех пор пока содержание летучих в ПЭ будет не более 0,2%. Затем подают на гранулирование. В этом процессе основной аппарат – реактор, его объем м.б. 10-40 м³. Это вертикальный цилиндрический аппарат из нержавеющей стали. В нижней части расположено барботирущее устройство. Перемешивание реакционной массы проводится этиленом, который подается через барботеры. В этом процессе одновременно с высокомолекулярным ПЭ обрабатывается до 10% низкомолекулярного полимера. Его называют воск. При низком давлении по описанной схеме можно получать сополимер из этилена с пропиленом при содержании полимера 1-10%.

По газофазному методу полимеризацию этилена проводят в газовой фазе при низком давлении с использованием металлоорганических катализаторов на носителях. Отличительной особенностью является то, что использование различных каталитических систем позволяет получать полимер с различным молекулярно-массовым распределением, с различной молекулярной массой и различной ПТР (0,2-60г/10 мин). Реакционный аппарат для получения ПЭ газофазным методом представляет собой стальную вертикальную емкость – реактор, имеющий диаметр 4,4м и объем 540м³. Верхняя часть расширена до 7,3м, чтобы предотвращать унос образовавшихся частиц полимера за счет уменьшения давления газового потока. Этилен подается в реактор в псевдоожиженный слой мелкодисперстного полимера. В нижней части реактора расположена газораспределительная плита с отверстиями, поток циркуляционного газа непрерывно подается через распределительную решетку. Газофазный метод предусматривает использование катализаторов на основе соединения хрома ПЭВП выпускается в виде гранул.

 

Переработка термопластов методом литья под давлением(ЛПД).

ЛПД – это один из основных методов переработки термопластов в изделие. Им можно изготавливать высококачественные изделия, различной степени сложности. Переработка термопластов ЛПД заключается в том, что материал нагревается до размягчения, затем он переходит в вязко-текучее состояние, в нагревательном цилиндре, затем впрыск в литьевую форму, где материал приобретает необходимую форму. Этот метод высокопроизводительный, т.к нагрев материала происходит вне формы. Литьевые изделия получаются с высокой точностью размеров. Дост-ва: возм-ть полной автоматизации процесса, но большие затраты на оборудование, следовательно он не целесообразен при изготовлении изделий небольшими сериями или если его можно изг-ть др. методом.

 

 

Литьевые машины

Две основные части: 1)механизм пластификации впрыска – служит для дозирования материала, его пластификации и впрыска расплава в форму; 2)механизм запирания формы – для крепления литьевой формы, ее перемещения и удерживание в сомкнутом состоянии. Классификация литьевых машин: 1)по мощности литьевой машины(объем впрыска), 2) по принципу действия механизма пластикации и впрыска делят на поршневые, червячно-поршневые, червячные. 3)по виду привода: механические, гидравлические, гидромеханические; 4) по числу пресс узлов: одно и много позиционные; 5) по типу перерабатываемого материала. Наиболее распространенные машины горизонтального типа. Вертикального типа для производства изделий с арматурой. Углового типа – для литья крупногабаритных изделий. Узел пластикации впрыска состоит из цилиндра с обогревом и червяка. Он может совершать вращательное и поступательное движение. Вражение передается червяку от электродвигателя или гидромотора, а поступательное – от цилиндра гидропривода узла впрыска. Цилиндр – толстостенная труба, в передней части которой – сопло, которое соединяет с литниковым каналом и полостью литевой формы. Роторные литьевые машины: разделяются на ротационные (с непрерывным вращением ротора) и револьверные (с периодическим поворотом ротора на определенный угол). Червячная литьевая машина: в начале процесса червяк находиться в переднем положении. При вращении червяка материал из бункера захватывается витками червяка, перемещается вперед, нагревается, пластицируется и нагнетается в передней части цилиндра. После того как накопится определенная доза материала, вращение червяка прекращается, потом впрыск дозы расплава в полость сомкнутой формы. Перед раскрытием формы материальный цилиндр отводиться вправо, затем механизм запирания формы обеспечивает ее раскрытие и изделие вытаскивается, время от смыкания формы до полного его размыкания составляет цикл литья. Литьевая машина может работать в 3 режимах: 1)автоматический; 2) полуавтоматический 3) наладочный

Термоэластопласты.

Больш-во применяемых в пром-сти эласто-меров предст-ют собой гомоПМ различн. структуры, особ. интерес предст-ют блок-соПМ, молекулы кот. сост.из чередующихся блоков гомоПМ. Можно получать блок-соПМ разл.строения, кот. сост.из относительно коротких блоков, чередующихся м/у собой или из относительно длинных блоков, распо-ложенных в опред. порядке. При получении блок-соПМ, кот. сост.из блоков термоплас-тичных и эластичных ПМ получ-ся материа-лы с интересн. комплексом св-в. Напр. 2х-блочн. ПМ типа А-Б, где А – блок термоплас-та, а Б - блок эластичного ПМ. Эти 2х-блоч-ные ПМ проявл. св-ва либо термопластичн. кау-ков либо ударопрочных пластмасс в завис-ти от преобладающего содержания к-либо из компонентов и от структуры блок-соПМ-ра. Наличие в кау-ке коротких блоков термопласта придает им повышен. термо-пластичность и улучшает их технологич. св-ва при переработке.

Наиб. интерес предст. 3хблочные ПМ типа А-Б-А, концевые блоки А – термопласты, сред-ний Б – эластичн. ПМ. При опред. соотноше-нии компонентов и при t-рах ниже t-ры стек-лования ПМ, образующего блок А, эти ПМ подобны вулканизатам: они обладают достаточно высокой прочностью, эластич-ностью, низким остаточным удлинением; а при t-ре большей t-ры стеклования блока А блоксоПМ переходит в вязкотекучее состоя-ние и приобретает способн-ть к формованию различн. методами, кот.примен-ся в пр-ве пластмасс. 3хблочн. ПМ типа Б-А-Б проявл. св-ва термопластичн. кау-ков, т.к. эластичн. блоки оказ-ся незакрепленными м/у узлами сетки 3хблоч-ного соПМ типа А-Б-А, и называются термоэластопласты. Среди них наиб. Изучен-ными и наиб. применяем. ДСТ и ИСТ. ДСТ - бутадиенстирольные, ИСТ – изопренстироль-ные, они облад. высокими прочностн. св-ами, содерж-е стирола 20-70%. Перерабатывают из при t-рах 100-200 град методами шприцова-ния, каландрования, пресс-я, литья под Р.

Недостатки термоэластопластов: низк. теп-лостойкость, при повышении t-ры до 50-70 град. их прочностн.св-ва пониж-ся. Изделия на их основе подвержены быстрому озон-ному, световому и атмосферному старению. Это ограничивает их применение. ни удобны в перераб-ке, в них отсут-ствуют токсичные примеси и ингредиенты, обладают высокими механич. св-вами при повышен. и норм. t-рах. Они использ-ся в пр-ве резиновой обуви, игрушек, медизделий. Они могут применятся как эффективные добавки для улучш-я технологич. св-в рези-новых смесей, а также как морозостойкое связующее в асфальтобитумных композициях для дорожн. строительства.

 

Класс-ция и особенности производства синтетических волокон(СВ).

В зав-ти от особенностей химического строения макромолекул СВ можно подразделить на: гетероцепные и карбоцепные. Гетероцепные волокна. - волокна, макромолекулы кот кроме атомов углерода содержат в основной цепи атомы кислорода, азота и др.эл-тов. Они подразделяются на: ПА-е, полиэфирные, полиуретановые, полимочевинные. К ПА-м волокнам относится очень много типов волокон, 1-ин из них поликапролактамовые. - получаются из поликапролактама. Они имеют названия: капрон, ксилон, найлон-6. К полиамидным относятся также найлон-6,6; найлон-7, энант, рильсан. К полиэфирным волокнам относятся волокна из полиэтилентерефталата: лавсан, терилен, дакрон. К полиуретановым относятся волокна, которые получают полимеризацией диизоцианатов с полиэфирами: ликра. К полимочевинным относится волокно урилон. Капбоцепные волокна - волокна, макромолекулы кот содерж в основной цепи только атомы углерода. Это полиакрилонитральные(ПАН), ПВХ-е, полиолефиновые и фторсодержащие волокна. ПАН-ые получаются из полимеров и сополимеров нитрилакриловой к-ты: нитрон. ПВХ-ые волокна: ровиль, хлорин, совиден. Полиолефиновые: полиэтиленовые, полипропиленовые волокна. Фторсодержащие: фторлон, тефлон. Особенности производства СВ: 1) в процессе формования волокон любым способом (из раствора, из расплава) не происходит химических изменений полимера. Получаемое волокно по химическому составу идентично с исходным полимером, кроме волокон, получаемых из поливинилового спирта. 2) чтобы повысить комплекс механических св-в все синтетические волокна подвергаются значительному вытягиванию до 200%. Вытягивание волокон проводится при формовании на прядильной машине или как чаще всего бывает в процессе последующей обработки. Вытягивание проводят при нормальной или повышенной t-ре. 3) все СВ, кроме тефлона, термопластичны, поэтому в технологический процесс вводится операция терморелаксации(термофиксация волокна). В результате повышается равномерность структуры волокна, увеличивается его удлинение и значительно снижается усадка при повышенных t-рах, в частности, в горячей воде. Изменяя условия формования, вытягивания, термофиксации, можно в широких пределах изменять механические св-ва получаемых волокон.

81.Классификация синтетических волокон и основные отличия в методах производства волокон.

В зависимости от особенностей хим. строения макромолекул, синтетические волокна можно подразделить на гетероцепные и карбоцепные. Гетероцепные волокна. К этой группе относятся волокна макромолекулкоторые кроме атомов углерода содержат в основной цепи атомы кислорода азота или др. элементы.Гетероцепные волокна подразделяются:полиамидные,полиэфирные, полиуритановые, полимачевинные.

К полиамидным волокнам относятся поликапролоктановые- волокна, получаются из поликапролоктаца и имеют разные названия, капрон, ксилон, найлон-6, найлон -6,6, найлон-7, энант, рильсан,

К полиэфирным волокнам относятся полиэтилен из терифталата, волокно лавсан, терилен, дакрон.

К полиуритановым относятся волокна которые получаются полимеризацией диизоционатов с полиэфирами пикра.

К полимачевинным относится урилон.

Карбоцепные волокна. В эту группу входят волокна макромолекулы которые содержат в основной цепи только атомы углерода:полиакрилонитрильные, ПВХ,полиамириновые,фторсодержащие волокна.

Полиакрилонитрильные получаются из полимеров исополимеров нитриноакриловой к-ты-нитрон. ПВХ волокна – ровин,хлорин, совиден.

Полиамириновые- ПЭ-ые волокны. Фторсодержащие- волокно фторлон,тефлон.

1)т.к.волокнообразующие гетероцепные полимеры плавятся без разложения,формование их проводят из расплава.Термостойкие,высокоплавкие гетероцепные волокна,у кот.t плавления выше t разложен.,могут быть получены из раствора или методом формования в процессе синтеза полимера на границе раздела фаз.Карбоцепные волокна формуються в основн.из р-ров или из высококонцентр.гелей.2)Скорость формования гетероцепных волокониз расплава и соотв.произв-ть одного предельного места значит.выше,чем при получении карбоцепных волокон формованием из р-ров.3)Вытягивание сформованных гетероцепных волокон производится при норм.t для полиамидных волокон и слегка повыш.t для полиэфирных волокон производится на крутильно-вытяжных машинах.Карбоцепные волокна подверг.вытягиванию при tвыше 100С.

Основные особенности пр-ва гетероцепных и карбоцепных синтетич.волокон

Гетероцепные волокна 1)исходное сырье:фенол,бензол,циклогексан,2)метод получения полимера:поликонденсация,превращение циклов в линейный полимер, 3)раств-и,применяемые при получении предельного раствора:не применяются, 4)метод формования:из расплава, 5)условия вытягивания:при нормальн.или повыш.t на крутильновытяжной машине или на вытяжном агрегате.

Карбоцепные волокна. 1)этилен,ацетилен, 2)цепная полимеризация, 3)ацетон, вода, диметилформамид, 4)из раствора гелей и расплавов, 5)при повышенной t на прядильной машине.

Св-ва полиамидных волокон(ПАВ).

ПАВ обладают комплексом ценных св-в,кот определяет целесообразность и необходимость их широкого испол-ия для изгот-я разнообр изделий. Св-ва ПАВ: 1) выс прочность, при разрыве нитей увел степень вытягивания волокна до 400%;2) выс.эластичность, что определяет устойчивывость к многократным деформациям;3)удлинение составляет 20-25%.Снизить удлинение можно допол-ым вытягиванием; 4) устойчивость к многократным деформациям (она хар-ся числом двойных изгибов,кот выдерживают волокно до разрыва.У ПАВ она в 100 раз больше, чем у вискозного волокна); 5) истераемость(ПАВ обладает обладает высокой устойчивостью к истеранию, поэтому это волокно имеет важное значение);6)гидроскопичность(ПАВ хар-ся негидроскопичностью);7)термостойкость (ПАВ облад-ет невыс термостойк. Терм можно повысить,если добавить соли меди или небол кол-во стабилизаторов.

 

Свойства полиэтилентерефталатного волокна(ПЭТФВ)

Волкно имеет специф.св-ва т. к.:

1)имеются симметричные в макромолекуле фениленовые группировки =>Цепь имеет большую жесткость.

2)Высокая полярность сл. эфирных групп в макромолекуле.

3) сущ-т водородные связи м/у сл. эфирными группами и водород в бензольном кольце, поэтому молекулы сильно вытянуты, обладают высокой степенью ассиметрии, а В, полученное из такого П, обладает способностью быстро кристаллизоваться и кристаллизация В в вытянутом состоянии обуславливает выс. механич. св-ва.

Прочность. По этому показателю ПЭТФВ не уступает полиамидному(ПА).

Удлинение. Обычные нити 20-25%, высокопрочные 10-12%.

Эластичность. ПЭф-е В высокоэластичное, модуль его эластичности в 3-5 раз выше, чем ПА-х В и в 2 раза выше, чем у хлопковых и вискозных. Поэтому ПТЭФВ добавляют к др.В. Плотность. Выше, чем у ПА-х В и она изменяется в зависимости от степени его кристаллизации. Гигроскопичность. Это В не гигроскопично, поэтому его используют в качестве электро-изоляц. материалов, но это недостаток при крашении и при отделке. При относ. влажности воздуха 65% водопоглащение этого В составляет 0,4%.

Термостойкость. Это В превосходит все природные и большинство хим.В.

Истираемость. По устойчивости к истиранию ПЭ-е В лучше целлюлозных и синтетич. карбоцепных В, но хуже ПА-х. Светостойкость. ПЭф-е волокна имеют большую светостойкость, чем большинство прир. и хим. В.Оно уступает лишь полиакрилонитрильному В. Хемостойкость. Это В обладает высокой стойкостью к действию к-т и окислителей и по этому показателю выше, чем стойкость к этим реагентам ПА-го В. Изделия из ПЭф-х В легко стираются и быстро высыхают. Усадка изделий из этого В при повыш. температуре незначительно и м.б. увеличена после термич.обработки.(термофиксации). В результате термофиксация повышается и изменяется их сминаемость.ПЭф-е В не горят, не плавятся, они стойкие к бактериям и микроорганизмам, осн.недостаток – плохая окрашиваемость, чтобы улучшить окрашивание проводят в массе при выс.t (180-225⁰C) и повыш. Р, при t=100 ⁰C, если в красильную банку добавить в-ва, который называется носителем. Они вызывают набухание(фенол).Все св-ва определяют области применения В.Их м. использовать для изгот-ния тканей для одежды, для изготовления верхнего трикотажа, как чистое В, так и в составе с е с др.В. У них низкая истираемость, поэтому в чулочно-носочных изделиях не используют, используют для изгот-ния занавесок, парусов пожарные рукава, разл.транспортные ленты.

Производство карбоцепных волокон. Производство полиакрилонитрильных волокон (ПАНВ).

Карбоцепные В – входят В, макромолекулы которых содержат в основной цепи только атомы углерода.Особенности производства:

1) При формировании В любым способом не происходит хим. изменений полимера. Получаемое В по хим.составу идентично с исходным полимером, кроме В, полученных из ПВ-го спирта.

2) Чтобы повысить комплекс механ.св-в все синтетические В подвергаются вытягиванию до 200%.Вытягивание В проводится на прядильной машине или в процессе последующей обработки проводят при норм.t или повышенной.

3) Все синтетич.В (кроме тефлона) термопластичны =>технологический процесс вводится операция терморелаксация (термофиксация В). В результате повышается равномерность структуры В, увеличивается удлинение, снижается усадка при повыш.t(в горячее воде). Изменяя условия формования, вытягивания и термофиксации м. в широких пределах изменить механ.св-ва полученных В.

Основные особенности производства карбоцепных В.Исх.сырье: этилен, ацетилен.

Методы получения полимера: цепная полимеризация.Растворители, применяемые при получении прядильного раствора: ацетон, вода, диметилформамид.Метод формования: из раствора, гелей, расплава.Скорость формования: мокрый способ 20-60 м/мин, сухой способ 100-300 м/мин, из расплава 500-600 м/мин.Степень вытягивания: 200-2000% Условия получения: при повыш.t на прядильной машине. Производство полиакрилонитрильных волокон (ПАНВ). ПАН – карбоцепные волокна, которые получаются из П (полимеров) и сополимеров нитрило-акриловой кислоты(НАК).

ПАН не плавится без разложения и поэтому получить нити м. только формованием из растворов.Технологический процесс получения ПАН:

1) Получение предельного ратвора.

2) Фильтрование и удаление воздуха

3) Формование В, регенерация растворителя.

4) Сушка (проводят при формовании мокрым способом).

5) Вытягивание.

6) Терморелаксация

7) Крутка – производится при получении нити.

8) Перемотка - // -

9) Сортировка и упаковка

 

Получение акрилонитрила

Исходным мономером для получ. Полиакрилонитрила(ПАН) является нитрилакриловая к-та(НАК). Его можно получ различ методами, исп-ть различ сырье.

Чаще всего исп след. мет-ды синтеза акрилонитрила:

1) из окиси этилена; 2) из ацетальдегида; 3) из ацетилена;4) из пропилена.

Акрилонитрил из окиси этилена: Синтез акрилонитрила из окиси этилена протекает в 2 стадии:

1) окись этилена взаимод. с синильной к-той =>этиленциангидрид

2) проходит дегидратация этиленциангидринат при t 180-200°С в присутствии оксидов металла или в присутствии солей щелочных металлов образов-ся акрилонитрил. На 1т акрилонитрила расход-ся 1,05-1,4т окиси этилена и 0,62 синильной к-ты.

Акрилонитрил из ацетальдегида: По этому методу вначале получ нитрил молочной к-ты при t 50-60°С, происходит это при взаимод. уксусного альдегида и синильной к-ты. Затем нитрил молоч к-ты дегидратирует при t 650°С в присутствии катализатора(в кач кат исп 85% р-р фосфорной к-ты)

Этот метод интересен, если уксусный альдегид получ прямым ок-ем этилена. В данном методе на 1т акрилонитрила расход. 0,93т ацетальдегида и 0,56т синильной к-ты.

Акрилонитрил из ацетилена: Метод получил широкое промыш прим. Р-ция проход при t 80-90°С в присутствии кат-ра хлорида меди и хлорида аммония. Выход акрилонитрила по отнош к израсход-ю ацетилена и синильной к-ты сост 80-85%. На 1т акрилонитрила расход-ся 0,64т ацетилена и 0,58т синильной к-ты.

Акрилонитрил из пропилена: В последнее вр нашел метод получ-е акрилонитрила из пропилена (происходит ок-е пропилена и аммиака кислородом возд). Р-ция происходит при t450-470°С, давление 3 атм. Этот метод в основном реализ за рубежом =>явл наиболее перспективным и экономичным. Основным преимуществом этого сп-ба в том, что синильная к-та, окись этилена, ацетальдегид замен более доступными компонентами. Чтобы получ 1т акрилонитрила расход-ся 0,9т пропилена, 0,4т аммиака и 3500 м³ воздуха. Если этот сп-б будет внедрен в промыш, то стоимость акрилонитрила значительно сниз-ся и т.о. повыс конкурентоспособность полиакрилонитрильных волокон по сравнению с др синтетическими вол-ми.

Полимеризация акрилонитрила При полимеризации и получ волокнообразного полиакрилонитрила пока использ-ся только метод радикальной цепной полимеризации. Акрилонитрил в отличие от большинства др карбоцепных мономеров, кот исп для получ волокнообраз-х карбоцепных полимеров раствором, хотя и ограничен в воде. (напр при t 20°С в воде раствор 7% акрилонитрила). И благодаря этому удалось разработать метод полимер-ции акрилонитрила растворением в воде.

Р-ция начинается в гомогенной среде и заканч-ся в гетерогенной среде, т.к. полиакрилонитрил не растворим в воде и выпадает в осадок. Практическое применение нашли 3 сп-ба полимеризации полиакрилонитрила, кот исп-ся для получения волокна: 1) эмульсионная полимеризация; 2) статический сп-б полимер-ции (заключается в том, что происходит полимериз-ция мономера раствор-го в воде; 3) лаковый сп-б полимер-ции (полимер-ция в р-ре с образ-м концентрированного р-ра полимера, кот уже непосредственно исп-ся для формования волокна).

Эмульчионная полимер- ция – основной СП-б при про-ве разли синтетических карбоцепных полимеров. Полимер-ция проходит в присутствии инициатора – перекись (персульфат аммония и перекись водорода).

Статическая полимер-ция – сп-б провод-ся в водном раст-ре акрилонитрила в присутствии окислительно-восстановит сис-мы, т.к. растворимость акрилонитрила ограничена и сост-т всего 7%, полимер-ция провод-ся при большем кол-ве жидкости и это явл недостатком данного сп-ба.

Образовавшийся полиакрилонитрил выпадает в водный раст-р в виде гранул. Ингибитором цепной полимер-ции акрлонитрила явл кислород воздуха, поэтому для уменьшения влияния кислорода на пр-с синтеза провод без перемешивания. Р-р находится в статическом состоянии.

t пр-са 15-25°С, продолжительность 30-90 мин. Т.о. мы можем быстро провести пр-с на простой аппаратуре =>преимущество этого метода. В данном случае пр-с не доводится до конца, чтобы избежать получ прод с высокой степенью полидисперстности. Чаще всего полимер-ция заканчивается пока прореагируют примерно 70% мономеров, а оставш-ся мономеры отгоняются из реакционной массы вакуумом.

Лаковый сп-б заключается в том, что полимер-ция провод в раст-ре, в кот получ мономер и полимер.

Получение полиакрилонитрильного волокна (ПАНВ).

Приготовление прядильного р-ра. Технолог.схема получения прядильного р-ра и подготовки его к формованию ПАН-го В не отличается от аналогичных схем, применяемых при форм-нии из р-ров др. синтетических В. Особенности: растворение ПАН в диметилформамиде (ДМФА) начинается при норм. t, но затем в большинстве случаев t растворения повышают до 80-90⁰С. При этой t процесс проводится 2-5 часов. При повышении t колеблется содержание влаги в ДМФА особенно после его регенерации оказывают меньшее влияние на св-во р-ра, чем при норм.t. Прядильный р-р применяется для формования ПАН-го В сухим способом. Обладает более выс.вязкостью и концентрация полимера в р-ре выше, чем при формовании мокрым способом. При формовании В мокрым способом вязкость сост. 200-300 сек, а при формовании сухим 600-800сек, молек.масса полимера при этом 35-40 тыс.ед. Концентрация ПАН в прядильном р-ре при формовании мокрым 15-18%, а сухим 20-25%. Поэтому повышается Р при фильтрации. Для ускорения удаления воздуха из прядильного р-ра, процесс м. проводить под вакуумом при повыш. t (45-50⁰С). Затем р-р подается в прядильную машину для формования В.Формование ПАН-го В проводится из р-ров сухим и мокрым способами. Мокрый способ формования В явл. осн.способом получения В. В кач-ве орган.растворителей применяются разл.жидкости, в которых ПАН не растворяется и не набухает. Это м.б. спирты, ДМФА, неорган.соли.Существенное влияние на св-во В оказывает и t формования. Понижения t до 10-12⁰С приводят к повышению эластичных св-в В. При формовании В при t выше 22-24⁰С св-ва В ухудшаются, но использовать t порядка 10⁰С и ниже эконом.нецелесообазно.

Вытягивание. Сформированное В подвергается вытягиванию при повышен. t=165-180⁰С. Нагрев В перед вытягиванием проводится пропусканием его над горячей пов-тью. Ст.вытягивания ПАН В обычно сост-т 600-800%. В результате вытягивания происходит значительное уплотнение стр-