Карбамидные (мочевино-формальдегидные) смолы

Карбамидные (мочевино-формальдегидные) смолы – получаются при реакции конденсации мочевины (NH₂)₂CO с формальдегидом CH₂ =O в присутствии щелочей:

Структурная формула смолы:

Это полярные высокомолекулярные соединения. В зависимости от условий мочевино–формальдегидные смолы могут быть водорастворимые и водонерастворимые. Отличаются термореактивностью и способностью переходить при нагревании в твердое, неплавкое и нерастворимое состояние. Подобно резолам из них можно получать изделия подобные бакелитовым смолам.

На основе мочевино – формальдегидных смол получают карбамидные пластмассы – аминопласты, из которых изготовляют:

· пресованные композиции;

· литые пластмассы;

· слоистые пластмассы.

Прессовочные порошки аминопластов представляют собой композиции из мочевино–формальдегидной смолы, целлюлозы, красителей и смазочного вещества, прессующихся в нагретых пресс–формах с образованием твердых изделий.

Из карбамидных смол с минеральными наполнителями получают искростойкие пластмассы, применяемые в дугогасильных камерах низковольтных и высоковольтных выключающих устройств.

Из мочевино–формальдегидной смолы изготовляют прозрачные шкалы и органические стекла.

Существуют:

· меламино-формальдегидные смолы;

· анилино-формальдегидные смолы;

· полиформальдегидные смолы;

· полиамидные смолы и т. п.

Анилино–формальдегидные смолы – по структуре аналогичны феноло–формальдегидным, но фенол заменен на анилин и в структуре вместоОН групп присутствует NH, дающая меньший дипольный момент и меньшую гидрофильность.

Структурная формула:

Эти смолы менее хрупки, чем бакелитовые, обладают высокой ударной вязкостью, поэтому можно прессовать без наполнителя, что и снижает гигроскопичность.

От соотношения компонентов могут быть термопластичными и термореактивными. Эти смолы не имеют в своем составе кислорода, поэтому при прессовании не происходит конденсации с выделением Н₂О, как у термореактивных смол – феноло-формальдегидных форм, что положительно сказывается на их диэлектрических свойствах. Занимают промежуточное положение между термопластичными смолами типановолака и термореактивными смолами типа резола. Резолу они уступают в нагревостойкости, в противоположность новолачным смолам не плавятся, а только размягчаются. Они щелочестойки.

Полиформальдегид -твердый термопластичный слабополярный полимер линейной структуры, получаемый полимеризацией газообразного формальдегида при отсутствии воды

Строение молекул:

Имеет высокую степень кристалличности (≈ 75%), что обуславливает жесткость и высокую механическую прочность. Механические свойства мало зависят от температуры в пределах от 20 до 120º и влажности. Температура размягчения равна 170 ºС, Температура плавления равна 180 ºС. Применяется для изготовления электроизоляционных деталей с высокой механической прочностью.

Углеродные полимерные материалы:

Пиролитический углерод (пироуглерод) — это углеродные пленки, образующиеся на нагретых поверхностях по причине термического нарушения целостности вещества. Этот класс материалов, который отличается структурой и свойствами, объединенных принципом получения.

Получение пироуглерода происходит путем кристаллизации из газовой фазы на гладкой твердой поверхности. Изначально происходит образование «зародышей» на поверхности и их рост, в процессе которого атомы газообразного углерода взаимодействуют с углеродом «зародышей», в результате чего образуется твердая структура. Рост твердой структуры происходит в виде конуса, медленно расширяясь, основания конусов заполняют всю поверхность образования «зародышей», превращаясь в цилиндры. Внутри слои углеродных атомов образуют графитоподобную структуру. Существуют два типа пироуглерода, структура и свойства которых определяются температурами образования: низкотемпературный (800—1100°С) и высокотемпературный (1400—2200°С).

Пироуглерод схож по свойствам с углеродным волокном характеризуется некоторыми физико-механическими особенностями:

— Стойкость к эрозии и воздействию агрессивных сред.

— Непроницаемость для жидкостей или газов.

Пироуглерод применяется для получения композиционных материалов. Углеродная матрица в композитных материалах выполняет функцию передачи усилий на волокна, изоляции волокон друг от друга и от внешней среды. Область применения: объемное уплотнение графитовой теплообменной аппаратуры, электроды для химического спектрального анализа, материалы для работы в коррозионных жидких средах, высокотемпературные нагреватели, подвижные межпозвонковые имплантаты.

Стеклоуглерод - углеродный материал, отличающийся высокой прочностью, и практически газонепроницаемый. Кроме того, он химически инертен, особенно в восстановительной атмосфере. Стеклоуглерод хрупок, обладает почти бездефектной внешней поверхностью, чем напоминает неорганическое стекло. Стеклоуглерод - продукт термической переработки сетчатых полимеров, в первую очередь, фенолформальдегидной смолы, а также целлюлозы. Это вещества, структура которых не содержит графитоподобных элементов, но включает большое количество связей С-О и изолированных циклов. Первой стадией получения изделия из стеклоуглерода является формование, а затем отверждение материала при t≤200°C, не связанное с его деструкцией. В ходе дальнейших превращений форма изделия практически не меняется. При термодеструкции, например, отвержденной фенолформальдегидной смолы происходят реакции дегидратации с замыканием циклов и значительным снижением содержания кислорода в материале при 300-400°С

Углеродное волокно — материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 5 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью.

УВ обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода. Температурная обработка состоит из нескольких этапов. Первый из них представляет собой окисление исходного (полиакрилонитрильного, вискозного) волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры, представленные на рис. 1. После окисления следует стадия карбонизации — нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур. Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 1600-3000 °C, которая также проходит в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %. Помимо обычных органических волокон (чаще всего вискозных и полиакрилонитрильных), для получения УВ могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков.

УВ имеют исключительно высокую теплостойкость: при тепловом воздействии вплоть до 1600—2000 °С в отсутствии кислорода механические показатели волокна не изменяются. Это предопределяет возможность применения УВ в качестве тепловых экранов и теплоизоляционного материала в высокотемпературной технике. На основе УВ изготавливают углерод-углеродные композиты, которые отличаются высокой абляционной стойкостью. УВ устойчивы к агрессивным химическим средам, однако окисляются при нагревании в присутствии кислорода. Их предельная температура эксплуатации в воздушной среде составляет 300—350°С.

Активацией УВ получают материалы с большой активной поверхностью (300—1500 м²/г), являющиеся прекрасными сорбентами. Нанесение на волокно катализаторов позволяет создавать каталитические системы с развитой поверхностью.

УВ применяют для армирования композиционных, теплозащитных, хемостойких в качестве наполнителей в различных видах углепластиков.

УГЛЕГРАФИТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, техн. материалы на основе прир. или синтетич. графита. Характеризуются высокой жаростойкостью (до 3700 ^оС при давлении до 20 ГПа), высокой прочностью при повыш. т-рах, окислит, стойкостью навоздухе, в паро-воздушной и агрессивных неокислит. средах; нек-рые углеграфитовые материалы обладают также высоким (до 800 ГПа) модулем упругости.

К углеграфитовым материалам обычно относятся кокс каменноугольный, кокс нефтяной, разл. виды графита, стеклоуглерод, углерод-углеродные материалы, углеродные волокна, технический углерод (сажа).

Для получения большинства углеграфитовых материалов используют в-ва с большим содержанием углерода - кам.-уг. и нефтяные пеки, полиэфирные смолы, целлюлозу, полиакрилонитрил и др. Поскольку физ.-хим. св-ва углеграфитовых материалов зависят гл. обр. от степени упорядочения в объеме материала кристаллов графита, исходное соед. подвергают термич. обработке. На первом этапе после дробления орг. соед. подвергают термич. разложению при 500-1500 ⁰C в инертной или восстановит, среде (стадия т. наз. карбонизации). Дальнейшая обработка при 2000-2800 С приводит к образованию в материале гексагон. структуры графита (стадия графитации). Полученные таким образом заготовки углеграфитовых материалов содержат не менее 99% углерода и имеют плотн. 1,9-2,0 г/см³. Детали из них формуют прессованием, продавливанием через мундштук и др. способами.

Углеграфитовые материалы применяют в качестве конструкц., жаростойких (для оснастки и футеровки высокотемпературных электронагреват. печей) и фрикционных (в авиатехнике) материалов, для изготовления нагревателей, абсорберов, углепластиков и др.

Все виды углеграфитовых материалов можно разделить на следующие семь классов: электродные изделия, огнеупорные изделия, химически стойкие изделия, электроугольные изделия, антифрикционные изделия, графитированные блоки и детали для атомной энергетики, электродные массы.

УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, композиционные углеграфитовые материалы на основе углероднойматрицы и углеродных волокон. В качестве матрицы используют пироуглерод, коксовые остатки термореактивных смол, кам.-уг. или нефтяного пека, в качестве волокон-наполнителей - высокопрочныеуглеродные волокна - нити (непрерывные и рубленые), жгуты, ткани, пространств. конструкции из

волокна. Углерод-углеродные материалы по сравнению с графитом характеризуются низкой плотностью (вследствие пористости материала), высокими уд. прочностью и жесткостью, сохраняющимися неограниченно долго в инертных и восстановит, средах при т-рах до 3000 ⁰C (при более высоких т-рах св-ва зависят от скорости сублимации углерода с пов-сти материала), а также пластич. характером разрушений.

Изделия из однонаправленно, перекрестно и хаотически армированных углерод-углеродных материалов получают карбонизацией соответствующих углепластиков при т-ре ок. 1000 ⁰C или уплотнением пористой углеродной матрицы с помощью повторяющихся процессов пропитки волокон термореактивными смолами с послед, карбонизацией. Изделия из пространственно армированных материалов получают формированием углеродной матрицы в объеме предварительно изготовленного волокнистого каркаса путем карбонизациитермопластичных пеков под давлением или осаждением на каркас углерода, образующегося при пиролизегазообразных углеводородов. Во всех случаях избегают деформирования исходного каркаса, к-рый до сформирования углеродной матрицы не обладает конструкц. жесткостью. С учетом конкретных условий эксплуатации изделия на практике проводят сочетание разл. технол. приемов с высокотемпературной обработкой в инертной среде или вакууме, что позволяет изменять структуру материала и регулировать объем пор. Предельная т-ра обработки всегда выше т-ры эксплуатации получаемых изделий. Во избежание остаточных внутр. напряжений при конструировании и изготовлении деталей изделий используют термостойкую оснастку из графита; конструирование деталей и схем их армирования обычно проводят по высокотемпературной технологии.

Физ.-мех. и теплофиз. св-ва углерод-углеродных материалов (см. табл.) существенно зависят от т-ры обработки и вида армирования. Для однонаправленно армированных углерод-углеродных материалов с общей пористостью ~ 12% предельные значения s_раст, s_изг, s_сдв, и s_сж могут достигать соотв. 600, 1200, 25 и 800 МПа. Коэф. температуропроводности колеблется от 5,5·10^-3 м²/с (в плоскости армирования) до 3·10^-3 м²/с (в перпендикулярном направлении). Электропроводность, уд. теплоемкость такие же, как и у исходных углеродных материалов. В окислит, средах углерод-углеродные материалы разрушаются с выделениемоксидов углерода (на воздухе - при т-ре больше 400 ⁰C, в водяном паре - больше 630 ⁰C); электрохим.окисление может идти и при комнатной т-ре, причем скорость окисления зависит от плотности тока и приложенной разности потенциалов.

Поиск по сайту: