ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Классификация технологических свойств полимеров из "Основы создания технологического процесса получения полимеров" Синтезированный полимер независимо от того, опытный ли это материал или серийный, находится только в начале своего долгого пути к потребителю. Как бы интересен ни был материал с точки зрения его строения, использованной при его получении реакционной и другой аппаратуры, изящества и эффективности технологической схемы основных и вспомогательных процессов, он не может быть непосредственно объектом потребления. Это определяется двумя важнейщими причинами. Во-первых, сам по себе полимер никому не нужен, нужны только изделия (или, по крайней мере, образцы и полуфабрикаты) из него, так что материал должен быть соответствующим образом обработан и переработан. Во-вторых, в подавляющем большинстве случаев полимеры, получаемые в процессах синтеза, непригодны для изготовления изделий, обладающих необходимым комплексом свойств. Более того, часто продукты синтеза вообще невозможно переработать в изделия без предварительной подготовки и модификации, например введением различных добавок. [c.185] Даже объектами фундаментальных научных исследований, включающих определение химического строения, молекулярных характеристик, физической структуры, химической активности, термической стойкости и т. п., служат не собственно полимеры в том виде, в каком их синтезировали, а приготовленные (препарированные, растворенные, расплавленные, отформованные) из них образцы, т. е. в той или иной степени переработанные материалы. [c.185] В настоящей главе кратко рассмотрены различные технологические свойства полимерных материалов, методы их оценки (аттестации) и исследований, подходы к постановке таких работ и т. п. Под аттестацией технологических свойств, как правило, понимают первичное определение ряда стандартизованных показателей различных групп свойств, важных для выбора метода переработки, оптимальных режимов формования и рещения других задач. Исследования технологических свойств щире, чем аттестация. Они предполагают измерения не только общепринятых показателей, но и установление основных взаимосвязей (корреляций) между технологическими свойствами и различными характеристиками фундаментальных свойств материалов и параметрами процессов подготовки и переработки, варьируемыми в широких пределах. На основе получаемых при этом данных можно осуществлять поиск, научное обоснование и оценку эффективности новых показателей технологических свойств полимерных материалов, которые затем переходят в разряд аттестуемых характеристик. [c.186] Приведенный подход различных специалистов к пониманию термина технологические свойства полимеров носит, конечно, условный характер и не претендует на исчерпывающее определение этого термина, но подчеркивает многообразие свойств-материалов, которые могут быть отнесены к разряду технологических. Кроме того, многие свойства полимеров одновременно имеют как практическую, так и научную ценность. Примером могут служить некоторые реологические характеристики, такие, как наибольщая ньютоновская вязкость, высокоэластич-ность расплавов и другие, непосредственно связанные с моле-кулярно-массовыми параметрами полимеров. Температуры фазовых и релаксационных переходов, способность полимера к кристаллизации, теплофизические показатели (включая термостойкость) также определяются природой полимерного материала и имеют важнейщее значение для технологических процессов переработки. [c.188] Таким образом, технологические свойства полимеров — это совокупность их характеристик, определяющая выбор процессов переработки. Набор показателей, входящих в эту совокупность, зависит от конкретно рещаемых научных или инженерно-технических задач. Разумеется, что все изложенное выше относится как к чистым (базовым) полимерам, так и к наполненным и модифицированным системам, смесям полимеров, т. е. ко всему классу композиционных полимерных материалов. [c.188] Основные технологические свойства можно подразделить на несколько групп. Ниже кратко описываются важнейшие из них. [c.188] Реологические свойства (см., например, [83—90]) определяют поведение материала при деформировании в твердом и жидком агрегатном состояниях. Поскольку переработку полимеров в изделия, как правило, осуществляют путем перевода материала в вязкотекучее и (или) высокоэластическое состояние, придания ему заданной формы и фиксации этой формы при затвердевании (охлаждении или отверждении за счет структурирования), то реологические свойства во многих случаях имеют первостепенное значение ири выборе метода переработки, расчетах конструктивных и технологических параметров машин и оснастки, оптимизации и интенсификации различных процессов формования изделий. [c.188] Эти реологические свойства проявляются, как правило, комплексно, при различных типах деформирования, имеющих место в процессах переработки, например при простом и сложном сдвиге, а также при растяжении полимеров в твердом и жидком (растворенном или расплавленном) состояниях. Своеобразие проявления реологических свойств полимеров при растяжении, особенности методик их измерения и расчета дают основание во многих случаях выделять свойства растворов и расплавов полимеров при растяжении в отдельную группу реологических свойств. [c.189] Теплофизические свойства и структурные характеристики [91—93] определяют отнощение материала к нагреванию и охлаждению (коэффициенты тепло- и температуропроводности,, удельная теплоемкость и т. п.) и подчиняются законам, термодинамики и теплопередачи. Эти свойства характеризуются изменением объема полимеров при воздействии температурных полей (тепловое расширение и сжатие материалов), термомеханическими и структурными превращениями (агрегатные, физические и фазовые состояния и переходы, например плавление, стеклование и кристаллизация) и другими особенностями поведения полимеров при переработке. [c.189] Стабильность полимеров — это комплексная характеристика, оценивающая стойкость материала к термоокислительной, гидролитической и механической (механохимической) деструкции в процессах его подготовки (сушки, измельчения, смешения и т. п.) и переработки. Химические превращения полимеров под действием температуры, влаги и кислорода, например, при плавлении, течении (формовании) интенсифицируются в поле механических напряжений. Реакции полимеров под напряжением [14, 94, 95] во многом определяют не только реологические свойства и выбор температурно-скоростных режимов переработки, но и комплекс свойств и эксплуатационных характеристик получаемых изделий. [c.189] Содержание посторонних веществ в базовом полимере в подавляющем большинстве случаев резко снижает его технологичность , т. е. сильно осложняет процессы подготовки н переработки, вынуждает вводить дополнительные операции, включать в состав технологических линий специальные узлы и машины, и вследствие этого повышает стоимость, а во многих случаях значительно ухудшает показатели качества изделий, стабильность их свойств и размеров. Очевидно, что к категориям примесей и посторонних веществ не относятся наполнители и другие компоненты минеральной и органической (в том числе полимерной) природы, которые вводят в полимеры для регулирования их свойств, экономии базового материала и т. п., т. е. используют как ингредиенты или целевые добавки. [c.190] К посторонним веществам относят механические примеси различного происхождения (например, случайные минеральные частицы и пыль, внесенные в аппаратуру при ее чистке, остатки катализаторов, использованных при синтезе полимера и не удаленных полностью при его промывке, вещества, попадающие в полимер при частичном разрушении материала химической защиты — внутреннего покрытия реакторов и трубопроводов, металлические включения, образующиеся при истирании машин и аппаратов и т. п.), влагу и другие жидкие примеси (вода, изопропиловый спирт и другие реагенты) и летучие вещества, остатки консерванта, другого полимера или композиции (попадающие в материал при некачественной подготовке установок полимеризации, смешения, грануляции к работе). Посторонние примеси при переработке удаляют фильтрацией растворов или расплавов полимеров, а влагу и летучие — сушкой, вакуумиро-ванием, дегазацией расплава и другими способами. [c.190] Особый вид посторонних примесей составляют частицы того же полимера, не расплавившегося прп переработке из-за чрезмерно высокой молекулярной массы или частичного химического сшивания ( подшивки ). Такие частицы, называемые в технологической практике геликами , очень опасны при производстве пленочных материалов (особенно тонких пленок, получаемых экструзией с раздувом, одно- и двухосно-ориентированных пленок, нитей и волокон, формуемых растяжением полимера в расплавленном или высокоэластическом состоянии). [c.190] Во многих случаях именно содержание геликов лимитирует кратность и скорость вытяжки полимерного полуфабриката и ухудшает физико-механические свойства получаемого продукта. Ороговевшие частицы геликов могут находиться в гранулированном сырье, и образовываться в материале непосредственно при переработке. Для удаления геликов расплав подвергают тонкой фильтрации при варьировании температурноскоростных параметров переработки, что требует от технолога-переработчика большого опыта и искусства. [c.191] Выше были перечислены лишь основные технологические свойства полимерных материалов. Важно отметить, что практически все стадии процессов подготовки и переработки пластмасс определяются не одним каким-либо технологическим свойством, а их совокупностью [87, 97]. Конечно, на различных стадиях процессов какой-то показатель (точнее, группа показателей) может иметь большее значение, чем другие, однако универсального показателя, по величине которого можно было бы с уверенностью судить о технологических свойствах полимера (и тем более композиций на его основе), в принципе не существует. [c.191] Разработка новых методов оценки и исследований свойств полимеров и их стандартизация, создание высокоточных и быстродействующих приборов, установление все большего числа строгих корреляционных зависимостей различных свойств материалов с их строением, структурой и параметрами переработки— все это увеличивает число характеристик материалов,которые могут быть использованы в качестве технологических и применены в повседневной практике. В то же время развитие физической химии, реологии и механики полимеров, создание новых процессов переработки, базирующихся на достижениях фундаментальных исследований, вызывает необходимость дополнительного введения новых показателей технологических свойств материалов. Это во многом стимулирует исследования технологических свойств полимерных материалов во взаимосвязи с кх фундаментальными характеристиками, с одной стороны, и параметрами процессов переработки, с другой. В последующих разделах это будет проиллюстрировано на ряде конкретных примеров. [c.191] Вернуться к основной статье