Композиции на основе полиарилата
Оглавление
Введение 2
Глава 1. Полиарилат и композиции на его основе 3
1.1 Общие представления о полиарилате 3
1.2 Композиции на основе полиарилата 9
Глава 2. Материалы, методы обработки и методики исследований 10
2.1. Исследуемые материалы 10
2.2. Применяемые схемы взрывного прессования 12
2.3. Методики исследования свойств материалов 14
Глава 3. Рентгеноструктурный анализ полиарилата и его композитов при взрывном прессовании 16
Заключение 22
Список используемой литературы 23
Введение
Современному машиностроению необходимы конструкционные материалы с повышенными эксплуатационными свойствами. Важнейшее место среди этих материалов занимают композиты, состоящие из двух или более разнородных материалов. Наибольшее развитие в последнее время приобретают композиты с полимерным связующим.
Одними из таких композиций являются композиции на основе полиарилата, полученные взрывным прессованием.
Полиарилаты относятся к антифрикционным термопластам. Они способны стабильно работать при высоких температурах. Наряду с теплостойкостью полиарилат обладает высокой сопротивляемостью ионизирующим излучениям, хорошими диэлектрическими свойствами, химической и морозостойкостью (может эксплуатироваться при температуре до –100°С). В чистом виде полиарилаты имеют нестабильные триботехнические характеристики, для их стабилизации в материал вводят такие добавки как фосфор, дисульфид молибдена, медь, вольфрам, алюминий. Это приводит к уменьшению коэффициента трения (у чистых полиарилатов коэффициент трения высокий, примерно 0,4) и снижению износа.
|
|
|
В данной курсовой работе будут рассмотрены композиты на основе полиарилата с добавлением меди, вольфрама и алюминия.
Глава 1. Полиарилат и композиции на его основе
Общие представления о полиарилате
Полиарилаты – продукты поликонденсации дифенолов с ароматическими дикарбоновыми кислотами, их эфирами или дихлорангидридами.
Общая формула полиарилатов:
Полиарилаты отличаются теплостойкостью, высокими физико-механическими и диэлектрическими свойствами, которые практически не изменяются в широком интервале температур. Им присуща хорошая устойчивость к воздействию агрессивных сред (концентрированной азотной, соляной, уксусной и муравьиной кислот, разбавленных щелочей, бензина, масел и большинства органических растворителей), а также ионизирующих излучений.
Полиарилаты могут быть аморфными или кристаллическими. Практическое значение имеют полиарилаты ароматических дикарбоновых кислот (главным образом терефталевой и изофталевой). Эти полиарилаты (молекулярная масса 100 000—160 000) обладают высокими температурами размягчения (200—360 °C), хорошими диэлектрическими и механическими свойствами, высокой термостойкостью (начинают разлагаться около 300 °C); температура длительной эксплуатации 200—280 °C. Полиарилаты устойчивы также к воздействию жиров, жидких топлив, ряда органических растворителей и разбавленных минеральных кислот, однако не стойки к действию щелочей, аммиака и концентрированных кислот (например, серной, азотной). Высококристаллический полиарилат на основе n-оксибензойной кислоты, известный под названием эконол (США), по термостойкости (380—400 °С) превосходит полиимиды и обладает химической устойчивостью, близкой к фторопластам.
|
|
|
Полиарилаты обладают хорошей механической прочностью (для неориентированных пленок полиарилата sраст 60-100 МПа). Механические свойства сохраняются после длительного нагревания при 200-250 0C. Для них характерны высокие диэлектрические показатели, не изменяющиеся в интервале температур от -60 до 2000C, атмосферо- и светостойкость. Устойчивость к длительному воздействию минеральных и органических кислот, окислителей, разбавленных водных растворов щелочей.
Полиарилаты вступают во все реакции, свойственные сложным полиэфирам.
|
|
|
Полиарилаты перерабатывают литьём под давлением, экструзией, прессованием; растворимые полиарилаты — из растворов в органических растворителях. Из полиарилатов изготовливают конструкционные изделия, плёнки, волокнистые материалы для тонкой фильтрации газов, синтетическую бумагу, главным образом для электротехнических и радиотехнических изделий. К сожалению, многие из наиболее ценных полимеров этого типа трудно поддаются переработке вследствие высокой температуры размягчения и высокой вязкости расплава.
Поливом из раствора в органическом растворителе из полиарилатов можно получать прозрачные и бесцветные пленки. Пленочные материалы из полиарилатов сохраняют высокие диэлектрические показатели при нагреве
до 250 °С.
Вводя в макромолекулу полиарилатов реакционноспособные группы
(гидроксильные) или двойные связи, можно превращать их в ценные термореактивные полимеры.
Одной из важнейших областей применения полиарилатов можно считать электронную и радиотехническую промышленность, где эти полимеры могут быть использованы в виде теплостойких пластмасс и электроизоляционной пленки.
Промышленное применение нашли термопластичные полиарилаты, получаемые эмульсионной или высокотемпературной поликонденсацией эквимолярной смеси дихлорангидридов изо- и терефталевой кислот с 2,2-дипропаном (полиарилаты ДВ, U-полимеры, ардел, арилеф). Находят практическое применение также жидкокристаллические термотропные полиарилаты (векстра, ксидар, ультракс и др.), которые получают высокотемпературной поликонденсацией в массе дикарбоновых и гидроксикарбоновых кислот с диацетатами бисфенолов, например терефталевой кислоты и ацетата 4-гидроксибензойной кислоты с диацетатом 4,4-дигидроксидифенила.
|
|
|
Существует два основных способа получения полиарилатов: переэтерификация и взаимодействие хлорангидридов карбоновых кислот с двухатомными фонолами.
1. Переэтерификация. Переэтерификацию можно проводить двумя путями:
а) взаимодействием диацетатов двухатомных фенолов с дикарбоновыми кислотами по схеме
nCH3COO-R-OOCCH3+nHOOC-R'-COOH«[-OROOC-R'-CO-]n+2nCH3COOH
реакцию проводят в расплаве, в инертной среде, на последней стадии применяют вакуум;
б) взаимодействием диэфиров дикарбоновых кислот с двухатомными
фонолами по схеме
где R – ароматический радикал в кислоте; R' – радикал в эфирной группе,
обычно ароматический или алифатический, например СН3; R'' – арома-тический радикал в феноле.
Реакцию проводят в расплаве при высокой температуре, в инертной
атмосфере; на последней стадии – в вакууме. Обе реакции подчиняются за-
кономерностям равновесной поликонденсации.
2. Взаимодействие хлорангидридов дикарбоновых кислот с двухатомными фонолами. Реакция неравновесной поликонденсации идет по
бимолекулярному механизму, причем имеет место нуклеофильная атака карбонильного углерода дикарбоновой кислоты и образование новой связи за
счет неспаренных электронов кислорода фенола:
Общая схема реакции:
Этот способ имеет промышленное значение.
Синтез полиарилатов по этой реакции может быть осуществлен несколькими способами.
Первый способ – поликонденсация при высокой температуре в расплаве или в высококипящем растворителе.
Благодаря высокой реакционной способности хлорангидридов реакция при повышенных температурах в расплаве и высококипящем растворителе протекает с большой легкостью. Температура реакции в этих случаях значительно ниже, чем при переэтерификации, а скорость выше.
Поликонденсацию в расплаве обычно применяют в случае образования сравнительно низкоплавких полиарилатов, так как перемешивание высокоплавких и, следовательно, высоковязких расплавов затруднительно.
Поликонденсацию в растворителях используют главным образом в случае образования высоковязких и высокоплавких полиарилатов. Растворитель, вызывая растворение или набухание, облегчает течение процесса. Температура, которую приходится поддерживать в процессе реакции, зависит от реакционной способности исходных веществ. Обычно достаточно 200-240 °С при продолжительности 5-12 ч.
В качестве растворителей используют высококипящие жидкости, инертные по отношению к исходным веществам и хорошо смешивающиеся с
низкокипящими растворителями, которые применяют для промывки полимеров. Наиболее целесообразно применять ксилол, хлорбензол, нитробензол, динил, дифениловый эфир, дитолилметан, тетралин, смесь тетрахлорэтилена и пиридина, совол, a-хлорнафталин и др.
Выделение полиарилатов в чистом виде производят промывкой суспензии или осаждением из раствора.
Молекулярный вес и выход образующегося полиарилата зависят от природы растворителя.
Характерной особенностью высокотемпературной поликонденсации
хлорангидридов кислот и дифенолов является возможность протекания обменных реакций под влиянием высокой температуры, несмотря на неравновесный характер основной реакции.
По второму способу синтез полиарилатов проходит при низкой температуре – на поверхности раздела фаз или в апротонном растворителе. Реакция на границе раздела фаз протекает на поверхности раздела воднощелочной фазы, в которой растворен фенолят, и органической, служащей растворителем для дихлорангидрида. Фенолят в растворе образует феноксидный ион, от его реакционной способности зависит течение реакции.
Реакция протекает с высокой скоростью при атмосферном давлении и
комнатной температуре и носит неравновесный характер. Обменные реакции, свойственные высокотемпературной неравновесной поликонденсации, отсутствуют. От равновесного процесса ее отличает независимость молекулярного веса полимера от соотношения исходных веществ. Однако примеси монофункциональных веществ, способных участвовать как в реакциях обмена, так и в равновесном процессе, приводит к снижению молекулярного веса продукта.
Выход и молекулярный вес полимеров зависят также от скорости перемешивания, pH среды, природы органического растворителя, концентрации реагирующих веществ, природы и количества эмульгатора, природы катализаторов (четвертичных, аммониевых, фосфониевых оснований и др.). В каждом отдельном случае приходится подбирать соответствующие оптимальные условия, которые определяются химическим строением исходных веществ.
Основная реакция на границе раздела фаз протекает по схеме 
Наряду с основной реакцией идет ряд побочных: омыление хлорангидрида и хлорангидридных концевых групп, что приводит к снижению молекулярного веса. Скорость этих конкурирующих реакций зависит от реакционной способности хлорангидридов и определяет молекулярный вес полиэфира.
Метод поликонденсации на границе раздела фаз позволяет получать полиарилаты из неустойчивых к высокой температуре исходных веществ.
Молекулярный вес полиарилатов, полученных в условиях "межфазной" поликонденсации, значительно выше, чем при высокотемпературной поликонденсации, и достигает 300 000.
Однако этот метод имеет и существенные недостатки. Из них основным является необходимость применять сравнительно разбавленные растворы (4-5%-ные), что создает определенные технологические трудности в связи с большим объемом фаз и необходимостью регенерации растворителей.
Поликонденсация на поверхности раздела фаз может быть осуществлена в виде как периодического, так и непрерывного процесса.
Низкотемпературная неравновесная поликонденсация осуществляется
при низких температурах (ниже комнатной) и протекает при добавлении хлорангидрида или его раствора к суспензии или раствору дифенола, содержащему третичный амин (пиридин, триэтиламин). Третичные амины ускоряют реакцию в соответствии с механизмом как нуклеофильного, так и основного катализа.
Поликонденсацию в растворителе можно проводить в обычном аппарате с мощной мешалкой и барботером для ввода инертного газа; растворитель должен быть обезвожен. Полученный раствор полимера может быть использован для непосредственного осаждения из него полимера в виде волокна или пленки в осадительной ванне. В случае выпадения полимера из
раствора в процессе реакции осадок отфильтровывают, промывают и высушивают.
Композиции на основе полиарилата
Широкое применение в машино- и приборостроении находят антифрикционные самосмазывающиеся материалы на основе полиарилатов для изготовления деталей подшипников скольжения и качения, предназначенных для работы в глубоком вакууме без смазки. Полиарилаты марок Ф-1, Ф-2, Д-3, Д-4, РДВ-101 в чистом виде имеют коэффициент трения (0,35-0,40) и относительно невысокую износостойкость. В целях улучшения триботехнических характеристик и повышения теплостойкости в полиарилат добавляют фосфор, дисульфид молибдена, медь, серебро.
Например, композиционнный материал делан-524 на основе полиарилата ДВ-101 с добавкой 15% (массовая доля) дисульфида молибдена обладает самой высокой теплостойкостью среди полимерных материалов, перерабатываемых литьем под давлением. Чистый полиарилат марки ДВ имеет нестабильные триботехнические характеристики из-за адгезионной составляющей силы трения в результате наличия гидроксильных групп и макромолекул. Введение полиэтилена, для которого характерны слабые адгезионные связи, обеспечивает получение материала с более высокими триботехническими характеристиками. Известны также антифрикционные самосмазывающиеся материалы на основе полиарилата марки ДВ с наполнением полиамидом марки ПА66.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 439; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!