Введение
Термопластик, или термоумягчаемый пластик, – это любой пластиковый полимерный материал, который становится пластичным или формуемым при определенной повышенной температуре и затвердевает при охлаждении. Большинство термопластиков имеют высокую молекулярную массу. Полимерные цепи связаны межмолекулярными силами, которые быстро ослабевают с повышением температуры, образуя вязкую жидкость. В этом состоянии термопластики могут быть переформованы и обычно используются для производства деталей различными методами переработки полимеров, такими как литье под давлением, компрессионное литье, каландрирование и экструзия. Термопластики отличаются от реактопластов (или "термореактивных полимеров"), которые образуют необратимые химические связи в процессе отверждения. Реактопласты не плавятся при нагревании, но обычно разлагаются и не восстанавливают свою форму при охлаждении. Выше температуры стеклования и ниже температуры плавления физические свойства термопластика резко изменяются без фазового перехода. Некоторые термопластики не кристаллизуются полностью ниже температуры стеклования, сохраняя некоторые или все свои аморфные свойства. Аморфные и полуаморфные пластики используются, когда требуется высокая оптическая прозрачность, так как свет сильно рассеивается кристаллитами, размер которых превышает его длину волны. Аморфные и полуаморфные пластики менее устойчивы к химическому воздействию и растрескиванию под воздействием окружающей среды из-за отсутствия кристаллической структуры. Хрупкость можно снизить добавлением пластификаторов, которые увеличивают подвижность аморфных сегментов цепи, эффективно снижая температуру стеклования. Модификация полимера путем сополимеризации или добавлением нереактивных боковых цепей к мономерам перед полимеризацией также может снизить эту температуру. До внедрения этих технологий пластиковые детали автомобилей часто трескались при воздействии низких температур. Это линейные или слаборазветвленные длинноцепочечные молекулы, способные многократно размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении.
A thermoplastic, or thermosoftening plastic, is any plastic polymer material that becomes pliable or moldable at a certain elevated temperature and solidifies upon cooling. Most thermoplastics have a high molecular weight. The polymer chains associate by intermolecular forces, which weaken rapidly with increased temperature, yielding a viscous liquid. In this state, thermoplastics may be reshaped, and are typically used to produce parts by various polymer processing techniques such as injection molding, compression molding, calendering, and extrusion. Thermoplastics differ from thermosetting polymers (or "thermosets"), which form irreversible chemical bonds during the curing process. Thermosets do not melt when heated, but typically decompose and do not reform upon cooling. Above its glass transition temperature and below its melting point, the physical properties of a thermoplastic change drastically without an associated phase change. Some thermoplastics do not fully crystallize below the glass transition temperature, retaining some or all of their amorphous characteristics. Amorphous and semi amorphous plastics are used when high optical clarity is necessary, as light is scattered strongly by crystallites larger than its wavelength. Amorphous and semi amorphous plastics are less resistant to chemical attack and environmental stress cracking because they lack a crystalline structure. Brittleness can be decreased with the addition of plasticizers, which increases the mobility of amorphous chain segments to effectively lower the glass transition temperature. Modification of the polymer through copolymerization or through the addition of non reactive side chains to monomers before polymerization can also lower it. Before these techniques were employed, plastic automobile parts would often crack when exposed to cold temperatures. These are linear or slightly branched long chain molecules capable of repeatedly softening on heating and hardening on cooling.
Акрил
Сегодняшнюю акриловую промышленность можно разделить на два отдельных многомиллиардных рынка: с одной стороны, рынок полиакриловых кислот (ПАА) и их эфирных производных (ПАЭ), с другой стороны, рынок полиметилметакрилата (ПММА). ПММА также известен под торговыми названиями Lucite, Perspex и Plexiglas. Он служит прочной заменой стекла для таких изделий, как аквариумы, пуговицы, визоры мотоциклетных шлемов, иллюминаторы самолетов, смотровые окна подводных лодок и линзы наружных осветительных приборов автомобилей. Он широко используется для изготовления вывесок, включая буквы и логотипы. В медицине его применяют в костном цементе и для замены хрусталиков глаза. Акриловая краска состоит из частиц ПММА, взвешенных в воде. На протяжении многих десятилетий ПММА был основным производимым в мире метакрилатом. Крупнейшими игроками на рынке ПММА являются Mitsubishi Rayon (Япония), Arkema SA (Франция), LG MMA (Южная Корея), Chi Mei Corp. (Тайвань), Sumitomo Chemical Company Ltd (Япония), Evonik Industries (Германия), BASF (Германия), Dow Chemical Company (США), AkzoNobel (Нидерланды), Quinn Plastics (Великобритания) и Cytec Industries (США). Что касается рынка ПАА и ПАЭ, ключевыми производителями являются Nippon Shokubai Company Ltd. (Япония), Arkema SA (Франция) и Dow Chemical Company (США).
АБС
Акрилонитрилбутадиенстирол (ABS) — это терполимер, синтезируемый из стирола и акрилонитрила в присутствии полибутадиена. ABS – легкий материал, демонстрирующий высокую ударопрочность и механическую вязкость. При нормальном обращении он не представляет значительного риска для здоровья человека. Он широко используется в производстве различных потребительских товаров, таких как игрушки, бытовая техника и телефоны.
Нейлон
Найлон относится к классу полимеров, называемых полиамидами. Он служил заменой в основном для конопли, хлопка и шелка в таких изделиях, как парашюты, веревки, паруса, бронежилеты и одежда. Найлоновые волокна применимы для изготовления тканей, веревок, ковров и струн для музыкальных инструментов, а в объемном виде нейлон используется для механических деталей, включая машинные винты, шестерни и корпуса электроинструментов. Помимо этого, он применяется в производстве жаропрочных композиционных материалов.
ПЛК
Полилактидная кислота (полилактид) — это компостируемый термопластичный алифатический полиэстер, получаемый из возобновляемых источников, таких как кукурузный крахмал (в США), жом сахарной свеклы (в Европе), корни тапиоки, картофельные чипсы или крахмал (преимущественно в Азии), либо сахарный тростник. Это наиболее часто используемый материал для 3D-печати по технологии моделирования методом послойного наплавления (FDM).
Полибензимидазол
Полибензимидазольное волокно (PBI, сокращение от Poly[2,2’ (m-фенилен) 5,5’-бисбензимидазола]) – синтетическое волокно с очень высокой температурой плавления. Оно обладает исключительной термической и химической стабильностью и не горит легко. Впервые оно было открыто американским химиком-полимерщиком Карлом Шиппом Марвелом при разработке новых материалов с превосходной стабильностью, сохранением жесткости и прочности при высоких температурах. Благодаря высокой стабильности, полибензимидазол используется для изготовления высокоэффективной защитной одежды, такой как снаряжение пожарных, космические скафандры, высокотемпературные защитные перчатки, одежда для сварщиков и ткани для обшивки самолетов. В последние годы полибензимидазол нашел применение в качестве мембраны в топливных элементах.
Поликарбонат
Термопласты из поликарбоната (PC) известны под торговыми марками, такими как Lexan, Makrolon, Makroclear и arcoPlus. Они легко поддаются обработке, формованию и термоформованию и используются в различных областях, включая электронные компоненты, строительные материалы, устройства для хранения данных, детали для автомобилей и самолетов, гнезда для проверки в протезах и защитное остекление. Поликарбонаты не имеют собственного уникального кода идентификации полимеров. Изделия из поликарбоната могут содержать мономер-предшественник – бисфенол А (BPA). Поликарбонат чувствителен к ультрафиолетовому излучению, что приводит к пожелтению (разложение особенно заметно на фарах, потерявших или не имевших должного защитного покрытия).
Полиэфирный сульфон
Полиэфирсульфон (PES) или полисульфон — это класс специально разработанных термопластов, обладающих высокой термической, окислительной и гидролитической стабильностью, а также хорошей устойчивостью к водным минеральным кислотам, щелочам, солевым растворам, маслам и смазкам.
Полиоксиметилен
Полиоксиметилен (POM), также известный как ацеталь, полиацеталь и полиформальдегид, — это инженерный термопласт, используемый для изготовления прецизионных деталей, требующих высокой жесткости, низкого коэффициента трения и превосходной стабильности размеров. Как и многие другие синтетические полимеры, он производится различными химическими компаниями по немного отличающимся рецептурам и продается под различными торговыми марками, такими как Delrin, Celcon, Ramtal, Duracon, Kepital и Hostaform.
Полиэфир-кетон
Полиэфирэфиркетон (PEEK) — бесцветный органический термопластичный полимер семейства полиарилэфиркетонов (PAEK), применяемый в инженерных областях. Он был впервые представлен компанией Victrex PLC, а затем ICI (Imperial Chemical Industries) в начале 1980-х годов. Материал обладает привлекательными свойствами, такими как высокая износостойкость, низкая горючесть и низкий уровень выделения дыма и токсичных газов при горении.
Полиэтеримид
Полиэтеримид (PEI), полученный посредством новой реакции замещения нитрогруппы с использованием бисфенола А, 4,4'-метилендианилина и 3-нитрофталевого ангидрида, характеризуется высокой температурой тепловой деформации, прочностью на растяжение и модулем упругости. Он обычно применяется в высокопроизводительных электрических и электронных компонентах, микроволновых печах и деталях автомобильного двигателя.
Полиэтилен
Полиэтилен (полиэтин, полиэтилен, PE) – это семейство схожих материалов, классифицируемых по плотности и молекулярной структуре. Он также известен как поли и получается путем полимеризации этилена методом присоединения. В зависимости от технологии производства он может быть низкой или высокой плотности. Полиэтилен устойчив к воздействию влаги и большинства химических веществ. Он гибкий при комнатной (и низкой) температуре и поддается тепловой сварке. Благодаря своей невысокой стоимости, он производится в больших объемах для удовлетворения спроса. Например, полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (СВМПЭ) отличается высокой прочностью и химической стойкостью. Он используется для изготовления движущихся деталей машин, подшипников, зубчатых колес, искусственных суставов и некоторых бронежилетов. Полиэтилен высокой плотности (ПВП), пластик номер 2 для переработки, широко применяется для производства молочных канистр, бутылок для жидких моющих средств, садовой мебели, контейнеров для маргарина, переносных канистр для бензина, систем распределения питьевой воды, дренажных труб и пакетов для продуктов. Полиэтилен средней плотности (ПСПЭ) используется для изготовления упаковочной пленки, мешков, а также труб и фитингов для газа. Полиэтилен низкой плотности (ПНД) отличается гибкостью и применяется в производстве бутылок с дозатором, крышек для молочных канистр, пакетов для розничной торговли, а также линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПНД) – в качестве стрейч-пленки для упаковки и транспортировки промышленных товаров и в качестве пищевой пленки для домашнего использования.
ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) is tough and resistant to chemicals. It is used to manufacture moving machine parts, bearings, gears, artificial joints and some bulletproof vests. High density polyethylene (HDPE), recyclable plastic no. 2, is commonly used as milk jugs, liquid laundry detergent bottles, outdoor furniture, margarine tubs, portable gasoline cans, drinking water distribution systems, water drainage pipes, and grocery bags. Medium density polyethylene (MDPE) is used for packaging film, sacks and gas pipes and fittings. Low density polyethylene (LDPE) is flexible and is used in the manufacture of squeeze bottles, milk jug caps, retail store bags and linear low density polyethylene (LLDPE) as stretch wrap in transporting and handling boxes of durable goods, and as the common household food covering.
Оксид полифенилена
Полифениленовый оксид (ППО), получаемый путем полимеризации 2,6-ксиленола посредством свободнорадикального ступенчатого окислительного сочетания, обладает рядом привлекательных свойств, таких как высокая термостойкость и ударная вязкость, химическая стойкость к минеральным и органическим кислотам, а также низкое водопоглощение. ППО сложно обрабатывать, поэтому коммерческая смола (Норил) производится путем смешивания ППО с ударопрочным полистиролом (HIPS), что позволяет снизить температуру переработки.
Сульфид полифенилена
Полифениленсульфид (ПФС), полученный конденсационной полимеризацией п-дихлорбензола и сульфида натрия, обладает выдающейся химической стойкостью, хорошими электрическими свойствами, отличной огнестойкостью, низким коэффициентом трения и высокой прозрачностью для микроволнового излучения. ПФС преимущественно используется для нанесения покрытий. Это осуществляется путем распыления водной суспензии частиц ПФС и последующего нагрева до температуры выше 370 °C. Некоторые марки ПФС могут применяться в литье под давлением и компрессионном формовании при температурах (300–370 °C), при которых частицы ПФС размягчаются и подвергаются видимому сшиванию. Основные области применения ПФС, полученного литьем под давлением и компрессионным формованием, включают кухонную посуду, подшипники и детали насосов, предназначенные для работы в различных агрессивных средах.
Полипропилен
Полипропилен (ПП) используется в производстве самых разнообразных изделий, включая многоразовые пластиковые контейнеры для пищевых продуктов, пластиковые контейнеры, пригодные для использования в микроволновых печах и посудомоечных машинах, подкладки для подгузников, подкладки и оболочки санитарно-гигиенических прокладок, веревки, ковры, литьевые изделия из пластика, трубопроводные системы, автомобильные аккумуляторы, изоляцию для электрических кабелей и фильтры для газов и жидкостей. В медицине он применяется для лечения грыж и изготовления жаропрочного медицинского оборудования. Листы полипропилена используются для изготовления папок для бумаг, упаковки и прозрачных контейнеров для хранения. Полипропилен идентифицируется как пластик номер 5, пригодный для переработки. Несмотря на относительную инертность, он чувствителен к ультрафиолетовому излучению и может значительно деградировать под воздействием прямых солнечных лучей. Полипропилен менее ударопрочен, чем полиэтилен (HDPE, LDPE). Он также в определенной степени проницаем для легколетучих газов и жидкостей.
Полистирол
Полистирол производится в различных формах, предназначенных для разных применений и имеющих среднюю или очень низкую плотность. Экструдированный полистирол (PS или xPS, иногда розового или голубого цвета) используется в производстве одноразовых столовых приборов, жестких теплоизоляционных плит для контакта с грунтом, корпусов для CD и DVD, пластиковых моделей автомобилей и лодок, а также корпусов дымовых извещателей. Вспененный полистирол (EPS или "пенопласт", белого цвета) применяется для изготовления теплоизоляционных и упаковочных материалов, таких как упаковочные "шарики" и формованный пенопласт, используемые для защиты хрупких предметов. Сополимеры полистирола используются в производстве игрушек и корпусов для изделий.
Поливинилхлорид
Поливинилхлорид (ПВХ) — это прочный, легкий материал, который долговечен, достаточно жесткий и универсален, а также устойчив к кислотам и щелочам. Большая его часть используется в строительной отрасли, например, для винилового сайдинга, дренажных труб, водостоков и кровельных листов. Также его можно придать гибкую форму путем добавления пластификаторов, что делает его пригодным для изготовления шлангов, трубок, электроизоляции, пальто, курток и обивки. Гибкий ПВХ также используется в надувных изделиях, таких как водяные матрасы и игрушки для бассейна. ПВХ является распространенным материалом для изготовления виниловых фигурок, особенно в таких странах, как Япония, где он широко используется в так называемых фигурах Софуби (мягкие виниловые игрушки). Поскольку ПВХ легко гнется и имеет тенденцию деформироваться при транспортировке, для предотвращения этого деформации пластик нагревают до тех пор, пока он не станет податливым, а затем придают ему желаемую форму. ПВХ производится во множестве модификаций, влияющих на его химические и физические свойства. В пластифицированном поливинилхлориде (pPVC) пластификаторы добавляются к сырью перед формованием для придания ему большей гибкости и эластичности. Изначально вопросы, связанные со здоровьем и воздействием на окружающую среду, были недостаточно изучены, что привело к замене и запрету некоторых продуктов после проведения соответствующих исследований. Исходная форма часто называется непластифицированным поливинилхлоридом (uPVC), который наиболее часто используется для систем водоснабжения, канализации и отвода сточных вод. Химическая модификация часто приводит к более значительным изменениям свойств. Хлорированный поливинилхлорид (CPVC) получают путем воздействия ПВХ непрерывной реакцией радикального хлорирования, которая изначально формирует полимер ПВХ. Реакция хлорирования продолжается, добавляя атомы хлора к углеводородному скелету полимера, пока в большинстве коммерческих применений содержание хлора не достигнет диапазона от 56 до 74%. Это увеличение содержания хлора способствует усилению характеристик CPVC, связанных с хлором, таких как химическая стойкость, устойчивость к кислотам, щелочам и солям, восприимчивость к соединениям на основе аммиака, ароматическим веществам, эфирам и кетонам, химическая стабильность и устойчивость к передаче тепла. CPVC обычно используется в системах водоснабжения, химических, горячего и холодного водоснабжения для жилых, коммерческих и промышленных нужд.
Фторид поливинилдиена
Фторид поливинилидена, PVDF, относится к классу фторполимеров – термопластов и известен своей высокой химической инертностью и стойкостью. PVDF получают путем полимеризации мономера фторида винилидена. Термопластичный PVDF выпускается в виде листов и труб для инженерных применений, а также в виде порошков и покрытий, которые можно растворять в растворителях и наносить на поверхность изделий. PVDF широко используется в химической промышленности для трубопроводов, транспортирующих агрессивные химические вещества и жидкости высокой чистоты. Материал PVDF применяется в строительстве, транспорте, химических процессах, электроэнергетике, производстве аккумуляторов, а также в системах очистки и обработки сточных вод.
Политтетрафлуороэтилен (тефлон)
Политетрафторэтилен (PTFE) — синтетический фторполимер на основе тетрафторэтилена, широко известный под торговой маркой Teflon. ПТФЭ обладает гидрофобными свойствами: водные жидкости не смачивают этот материал, поскольку фторуглероды демонстрируют ослабленные силы дисперсии Лондона из-за высокой электроотрицательности фтора. Это также обуславливает его применение в покрытиях для посуды. Полимер характеризуется одним из самых низких коэффициентов трения среди твердых материалов и поэтому часто используется в подшипниках и для поддержки движущихся механических деталей.