Tworzywa utwardzalne

Tworzywa utwardzalne zwane również żywicami utwardzalnymi cechują się budową o przestrzennym usieciowaniu, tworzącą się pod wpływem podwyższonej temperatury (tworzywa termoutwardzalne) lub czynników chemicznych (tworzywa chemoutwardzalne).

Otrzymywanie wyrobów z tych tworzyw jest procesem dwuetapowym i obejmuje:

-wytworzenie średniocząsteczkowych substancji termoplastycznych oligomerów,

-nieodwracalne przejście ze stanu plastycznego w utwardzony (usieciowanie makrocząsteczek) podczas formowania wyrobu lub zastosowania go jako kleju bądź lakieru.

Wiązania kowalencyjne są tak silnie, że materiały te nie wykazują znacznego mięknienia podczas ogrzewania, a przed stopieniem ulegają rozkładowi.

Cechy:

- sztywność, stabilność wymiarowa,

- nierozpuszczalność i nietopliwość,

- doskonałe właściwości elektroizolacyjne,

- kruchość,

- niemożność powtórnego formowania.

Zastosowanie

• w postaci mieszanek do tłoczenia (żywica + napełniacz),

• laminatów,

• tworzyw piankowych,

• tworzyw wzmacnianych (np. włóknem szklanym),

• żywic technicznych, klejów, lakierów itp.

Do najważniejszych duroplastów należą:

fenoplasty, aminoplasty, poliestry nienasycone, żywice epoksydowe, żywice sylikonowe.

Tworzywa fenolowe

Tworzywa fenolowe (fenoplasty) - tworzywa termoutwardzalne syntetyczne powstałe w wyniku polikondensacji fenoli (C₆H₅OH) z

formaldehydem (HCHO).

Zastosowanie przemysłowe jako bakelit (dr Baekeland) - 1909r.

W procesie polikondensacji następuje przegrupowanie atomu wodoru w grupie fenolowej do atomu tlenu w grupie formaldehydowej w wyniku czego powstaje wiązanie grupy formaldehydowej CH₂OH oraz produkt uboczny woda.

Wynik procesu jest zależny od warunków środowiskowych.

W środowisku kwaśnym szybkość reakcji kondensacji jest bardzo duża i może prowadzić do natychmiastowego usieciowania, aby temu zapobiec proces prowadzi się przy nadmiarze fenolu, produktem jest nowolak.

W środowisku zasadowym reakcja polikondensacji przebiega wolniej, stosuje się nadmiar aldehydu, a produktem reakcji jest rozpuszczalna żywica zwana rezolem.

Pod wpływem ogrzewania rezole przechodzą stopniowo w częściowo usieciowane rezolity, a następnie w nierozpuszczalne i nietopliwe rezity.

Nowolak i rezolit są żywica termoplastycznymi i rozpuszczalnymi w alkoholach, metanie i rozpuszczalnikach organicznych.

Właściwości:

• odznaczają się dużym modułem sprężystości,

• wysoką twardością i wytrzymałością na ściskanie (100-200MPa),

• dużą odpornością na odkształcenie termiczne,

• łatwością przetwórstwa (prasowanie 15-30MPa, 130-200°C),

• stosunkowo niską ceną wytwarzania.

Właściwości żywic zmieniają się w szerokim zakresie zależnie od stosunku modyfikujących, katalizatorów, stopnia odwodnienia.

Zastosowanie na:

• żywice techniczne do wyrobu tłoczyw,

• żywice lane,

• kleje, kity i lakiery,

• żywice modyfikowane (do wyrobu lakierów i emalii).

Tłoczywa - żywice z napełniaczem proszkowym (np. mączką drzewną, kaolinem, tlenkiem magnezu) są używane na wyroby powszechnego użytku, części elektrotechniczne, obudowy aparatów radiowych, telefonicznych, elektrycznych (obudowy gniazdek, wyłączników, wtyczek, części układu zapłonowego, okładziny hamulcowe) oraz odpowiedzialne części maszyn.

Prasowanie tłoczne lub przetłoczne 130-200°C, 15-30 MPa, Rc -100-200 MPa.

Żywice fenolowe lane (Rezolan) - stosowane są do bezciśnieniowego odlewania w otwartych formach wyrobów galanteryjnych, uchwytów narzędzi, wzorników. Temp. 70-85°C - kilka dni.

Właściwości: gęstość g -1,28g/cm³, Rc -100 MPa, U - 0,6-1,5 J/cm².

Laminaty fenolowo-formaldehydowe (Rezokart, Rezoteks -tekstolit)

(spoiwo tworzyw warstwowych)

I-etap - impregnacja warstw nośnika (papier, tkaniny bawełniane, włókno szklane) roztworem żywicy rezolowej - I etap sieciowania (stadium B) - rezitol

II etap - prasowanie pakietów impregnowanego nośnika temp. 170°C, ciśn 30-50 MPa, topienie, przesycanie i sieciowanie żywicy - stadium C - rezit.

Stosuje się w postaci płyt kształtek i rur m.in. na koła zębate, tuleje łożyskowe.

Piankowe tworzywa fenolowe stosowane są na izolacje cieplne i akustyczne, opakowania oraz elementy dekoracyjne.

Cechuje je duża twardość i kruchość, mała gęstość 0,02-0,1 g/cm³.

Aminoplasty

Aminoplasty - tworzywa termoutwardzalne na podstawie żywic mocznikowych i melaminowych otrzymywanych w wyniku polikondensacji związków aminowych (moczniku - CO(NH₂)₂ lub melaminy - C₃N₃(NH₂)₂) z formaldehydem (HCHO).

Cechy wyrobów z aminoplastów:

• twardość, sztywność,

• odporność na działanie rozpuszczalników i cieczy organicznych,

• odporność cieplna 100-120 °C,

• lepsze właściwości dielektryczne niż fenoplasty (stała dielektryczna - 6),

• możliwość dowolnego barwienia.

Zakres zastosowania:

-wyroby mocznikowe -70-80 °C,

- wyroby melaminowe - 100-120 °C,

Tłoczywa aminowe wytwarzane są z żywic melaminowych i melaminowych modyfikowanych poliamidem, jako napełniacz jest stosowana bielona celuloza papiernicza lub włókno szklane.

Wyroby wykonuje się w formach ogrzanych do temperatury 130-160°C i ciśnieniu 30-70 MPa.

Właściwości; gęstość 1,5-1,6 g/cm³, Rc-210 MPa,

Są stosowane do produkcji elementów elektrotechnicznych przełączników, obudów gniazdek i tablic rozdzielczych.

Laminaty aminowe (Unilam) wytwarza się z żywic melaminowych na nośniku papierowym.

Gładka błyszcząca powierzchnia odporna na zarysowania, działanie wielu czynników chemicznych (blaty stołów, wykładziny autobusów, samolotów, wagonów kolejowych).

Pianki mocznikowe (Pianizol) - charakteryzują się niską gęstością 0,006-0,012 g/cm³, małą przewodnością cieplną 0,03-0,06W/(mK) i niepalnością. Stosowanie są jako materiał termoizolacyjny i dźwiękochłonny

Żywice mocznikowo-formaldehydowe mają również duże zastosowanie jako kleje mocznikowe do drewna.

Modyfikowane żywice melaminowo-formaldehydowe mają zastosowanie jako doskonałe lakiery piecowe do lakierowania samochodów, lodówek, chemoutwardzalne lakiery do drewna oraz apretury przeciwgniotliwe i wodoodporne.

Nienasycone żywice poliestrowe

Tworzywa poliestrowe - są to chemoutwardzalne tworzywa otrzymywane w wyniku procesu polikondensacji kwasów dwukarboksylowych (bezwodnika melaminowego) i glikoli utwardzające się w temperaturze otoczenia.

		O			O
		||			||
R	_ O	_ C	_ CH	= CH	_ C	_ O	_ R
								n

ugr. estrowe ugr. podwójne

struktura liniowa o masie cząsteczkowej 1500-2700 - gesty olej

• Usieciowanie

Monomery sieciujące - styren, akrylany

Inicjatory rodnikowe - nadtlenek benzoilu, wodoronadtlenek cykloheksanonu 4%

Przyśpieszacze (aktywatory) - naftenian kobaltu lub ftalan dibutylu - 0,4%.

W zależności od budowy wyjściowej żywicy i metody jej utwardzenia końcowy produkt może być elastyczny lub twardy i kruchy.

Zastosowanie żywic poliestrowych:

• lane,

• lakiernicze,

• wytwarzania laminatów na nośniku szklanym.

Rodzaje żywic poliestrowych

• ogólnego przezmaczenia - Polimal 100-109- wysoki moduł, sztywność, temperatura zeszklenia.

• tiksotropowe - Polimal 140, 142, 146 - odporność chemiczna i cieplna, lakier do mebli i płyt wiórowych,

• elastyczne o zwiększonej udarności - Polimal 150-155 - do zalewania elementów elektrotechnicznych, regeneracja odlewów.

• chemodoporne - Polimal 130,136,138

Laminaty poliestrowe -50-70% włókna szklanego w postaci tkaniny, maty, włókna ciętego.

Właściwości: gęstość -1,5-2,9 g/cm³,

Rm - 240-500 MPa,

Rg 200-560 MPa

wydłużenie 0,5-4 %,

-temperatura pracy 120 °C.

Zastosowanie:

• przemysł okrętowy i szkutnictwo (kadłuby łodzi)

• przemysł motoryzacyjny (nadwozi samochodów,dzwi, zbiorniki)

• przemysł lotniczy (stateczniki, osłony radarowe)

- przemysl chemiczny, naftowy (zbiorniki do benzyny i chemikaliów),

• eletrotechnika anteny teleskopowe, maszty)

• lakiery do drewna.

Żywice epoksydowe

	|	|
_	C _	C _
	O

Metody wytwarzania:

-reakcja poliaddycji epichlorohydryny ze związkami wielowodorotlenowymi- głównie z dwufenolami,

-epoksydowanie związków nienasyconych.

Usieciowanie żywicy następuje w wyniku reakcji żywicy epoksydowej z związkami chemicznymi zawierającymi ruchliwe atomy wodoru. Podczas reakcji

następuje przesunięcie atomu wodoru z utwardzacza do grupy epoksydowej i utworzenie grupy bocznej OH.

Utwardzanie

na zimno - aminy alifatyczne i wieloaminy (TECZA, Z-1),

na ciepło - 80-100°C, aminy aromatyczne i III-rzędowe,

na gorąco - 120-180°C , bezwodniki kwasowe, żywice nowolakowe

Cechy:

• doskonała przyczepność do wszystkich prawie tworzyw, a zwłaszcza metali,

• dobre właściwości mechaniczne i elektryczne,

• odporność na działanie czynników chemicznych,

• mała nasiąkliwość wodą.

Zastosowanie:

• w postaci lanej,

• laminatów na nośniku z włókien szklanych oraz foliowane miedzią,

• klejów do metali

• lakierów izolacyjnych i antykorozyjnych.

Rodzaje żywic epoksydowanych:

Epidian 1- do przerobu na lakiery ,

Epidian 2 - żywice odlewnicze do utwardzania na gorąco,

Epidian 3 - kompozycje do impregnacji na gorąco, kity szpachlówki,

Epidian 4 - kity i szpachlówki utwardzalne na zimno,

Epidian 5 - uniwersalna żywica utwardzalna na zimno.

Silikony

Związki wielkocząsteczkowe, których szkielet tworzą atomy krzemu z tlenem, węgla, azotu i siarki.

	|
_	Si_ O _
	|

Syntezę wielkocząsteczkowych związków krzemoorganicznych prowadzi się w dwóch zasadniczych etapach:

-otrzymywania monomerów,

-polikondensacji lub polimeryzacji.

Reakcja silnie egzotermiczna 334, kJ/mol.

Cechy;

-odporność na podwyższone temperatury,

-hydrofobowość,

-doskonałe właściwości elektroizolacyjne,

-właściwości antyadhezyjne.

Rodzaje silikonów:

oleje - monomery jedno lub dwufunkcyjne o masie cząsteczkowej do 500000

poddawane linearyzacji kwasem siarkowym

nie ulegające zmianom pod wpływem temp do 200°C,

bardzo znikomej ściśliwości,

precyzyjne oleje smarne, oleje pomp dyfuzyjnych, ciekłe dielektryki, środki przeciwpienne, dodatki do lakierów, past, kosmetyków

smary - oleje silikonowe z napełniaczami, mydłami metalicznymi (sterarynian litu, wapnia glinu) oraz stabilizatorami

odporne na działanie temperatur do 250°C,

żywice silikonowe

termoutwardzalne żywice lakiernicze (Silak, Silol)

do laminatów - nasycanie tkanin, mat szklanych w roztworze toluenu lub benzenu z dodatkiem utwardzacza, a następnie prasowanie 170-180°C, 10-100 MPa,

jako tłoczywa - mieszanie sproszkowanych żywic z napełniaczami mineralnymi (mika, włókna szklane) lub nasycanie napełniaczy roztworami żywic w toluenie, ksylenie.

Prasowanie zwykle w temp. 175-200°C, ciśnienie 30-70 MPa.,

wytrzymałość na zginanie 70 MPa, odporność cieplna 350°C.

do hydrofobizacji - papieru, skóry drewna oraz materiałów budowlanych (Aquasil, Siltex)

kauczuki silikonowe - otrzymywanie z przedmieszanek po zhomogenizowaniu na walcarkach lub gniotownikach z:

napełniaczami - biel tytanowa, kreda, sadza krzemionka (do 20%),

pigmentami - tlenki tytan, żelaza, kadmu,

stabilizatorami,

zmiękczaczami - oleje metylosilikonowe.

Wulkanizacja: na zimno pod wpływem wilgoci,

na gorąco nadtlenkami organicznymi w ilości 0,5-2%

100-180°C, 5-10 MPa, 15-20 min.

Właściwości kauczuków silikonowych

• Dobra elastyczność,

• zastosowanie od -20 do +200°C,

• odporność na działanie rozpuszczalników organicznych,

• dobra przyczepność do szkła i metalu.

---