Полиамид. Состав, свойства, применение

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Казахский Агротехнический Университет имени

С.Сейфуллина

 

Кафедра:  Технологические машины и оборудование.

 

 

 

                РЕФЕРАТ

 

 

         На тему: Полиамид. Состав, свойства, применение.

 

 

Выполнил: Житбаев С.К.

Проверил: Гришин А.Н.

 

 

 

 

 

 

Астана 2014г.

 

Содержание

Введение..........................................................................................................3

1. Состав...........................................................................................................7

2. Свойства.......................................................................................................8

3. Применение.................................................................................................11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Полиамиды представляют огромный по числу представителей и очень важный по своему научному и практическому значению класс высокомолекулярных соединений.

Почти полтора века, которые прошли со дня получения Харбордтом в 1862 г, первого синтетического полиамида, представляют историю непрерывного научного развития этой области, результаты которого находят все более широкое применение на практике.

Выдающееся значение, которое приобрели полиамиды в современной промышленности, видно из того, что производство их в мире исчисляется сотнями тысяч тонн и непрерывно увеличивается.

Среди синтетических высокополимеров по масштабу производства полиамиды занимают одно из первых мест.

Ассортимент материалов, изготавливаемых из различных видов полиамидов, весьма велик. В него входят как синтетические волокна, широко используемые для производства текстильных изделий бытового и технического назначения, так и разнообразное литье и пленки.

На примере полиамидов впервые было установлено, что линейные полимеры определенного молекулярного веса способны образовывать волокна, Первые синтетические волокна практического значения были получены из полиамидов. Полиамидные волокна отличаются чрезвычайно высокой прочностью и занимают первое место по масштабу производства среди всех других синтетических волокон.

3

В настоящее время химия и физика полиамидов составляют большой раздел во всей науке о высокомолекулярных соединениях. Если на первом этапе развития химии высокомолекулярных соединений их особенности изучались в основном на целлюлозе, то в настоящее время эти исследования проводятся с широким использованием полиамидов.

Основные закономерности поликонденсации, а также полимеризации циклических соединений установлены главным образом при получении полиамидов. Ориентация и кристаллизация полимеров широко изучены на примере многих полиамидов.

Полиамиды широко представлены в природе. Это – разнообразные белки и многочисленные другие биологически важные вещества, входящие в состав организмов животных и растений.

Первый синтетический полиамид был получен в 1862 г, Харбордтом, который, подвергая м-аминобензойную кислоту действию хлористого водорода при 200°, выделил порошок серого цвета, не растворимый в щелочах и кислотах за исключением концентрированной серной кислоты, В последней этот продукт хорошо растворялся и высаживался при добавлении воды, Таким образом был получен поли-м-бензамид – первый представитель синтетических полиамидов.

В 1881 г, Михлер и Циммерман при насыщении фосгеном раствора м-фенилендиамина в хлороформе получили полифениленмочевину. В настоящее время указанная реакция широко применяется в межфазной поликонденсации, Курциус и Гебель в 1888 г, впервые выделили полиамиды при поликонденсации эфиров a-аминокислот.

В 1889 г, синтезировали полиамиды, известные под названием карбамидных или мочевино-формальдегидных смол, путем поликонденсации мочевины с формальдегидом. Эти продукты вскоре приобрели большое практическое                          4                                                                 значение и уже в 20-х годах нашего века было начато промышленное производство карбамидных смол. Таким образом, карбамидные смолы – первые представители полиамидов, производство которых и до настоящего времени играет большую роль в промышленности пластических масс.

Поли-e-капроамид (поликапролактам) впервые был получен в 1899 г, Габриэлем и Маасом при поликонденсации e-аминокапроновой кислоты. При этом было сделано очень важное наблюдение, что нагревание e-аминокапроновой кислоты приводит к образованию наряду с полимером также и низкомолекулярного циклического продукта – e-капролактама.

Поли-e-капроамид впоследствии сыграл большую роль в развитии промышленности синтетических волокон: его широко применяют в качестве исходного материала для производства волокна. Это произошло после того, как Шлак в 1938 г открыл, что e-капролактам при нагревании с водой способен полимеризоваться, образуя при этом высокомолекулярный полимер. На основе этого полиамида было создано синтетическое волокно, получившее название перлон или капрон.

В 1906 г, Лёйхс синтезировал соединения нового класса – N-карбангидриды a-аминокислот, из которых стало возможным получать синтетические полипептиды с большим молекулярным весом.

В 1935 г, Карозерс синтезировал полигексаметиленадипинамид путем поликонденсации гексаметилендиамина с адипиновой кислотой, Из этого полиамида было получено первое синтетическое волокно.

Особенно бурное развитие исследований по синтезу и применению полиамидов началось после работы Карозерса по синтезу полиамидов из различных диаминов и дикарбоновых кислот. Карозерс показал, что из синтезированных им полиамидов путем вытяжки из расплавленной смолы                                                                                                                                  

   5

могут быть получены прочные волокна. В 1938 г в США приступили к производству синтетического волокна из полигексаметиленадипинамида, которое приобрело мировую известность под названием нейлон. В настоящее время нейлон-66 занимает ведущее место среди всех синтетических волокон и масштаб производства этого волокна исчисляется сотнями тысяч тонн.

В конце 1939 г. в Германии приступили к производству перлонового волокна. Затем производство полиамидных волокон было начато в других странах.

Полиамиды представляют собой высокомолекулярные соединения линейной структуры с молекулярным весом до 30 тысяч. Макромолекулы состоят из гибких метиленовых цепочек и регулярно расположенных вдоль цепи полярных амидных групп.

Наличие амидных групп, способных образовывать водородные связи, определяет физико-химические свойства, общие для всех полиамидов.

В настоящее время практическое значение имеют лишь некоторые из большого числа синтезированных полиамидов.

 

 

 

 

 

 

 

 

6 
1.Состав полиамидов

Полиамиды - это группа пластмасс с известными названиями: «капрон», «найлон», «анид» и др. В составе макромолекул полимера присутствует амидная связь и метиленовые группы, повторяющиеся от 2 до 10 раз. Полиамиды кристаллизующиеся полимеры. Свойства различных полиамидов довольно близки. Они являются жесткими материалами с высокой прочностью при разрыве и высокой стойкостью к износу, имеют высокую температуру размягчения и выдерживают стерилизацию паром до 140оС.  
 
Полиамиды сохраняют эластичность при низких температурах, так что температурный интервал их использования очень широк. Однако полиамиды отличает довольно высокое водопоглощение. Однако после высушивания первоначальный уровень свойств восстанавливается. В этом отношении лучше ПА - 12, у которого водопоглощение меньше, чем у ПА - 6 и ПА - 66 .  
 
Полиамиды обладает высокой прочностью при ударе и продавливании, легко свариваются высокочастотным методом. Полиамиды обладают очень высокой паропроницаемостью и низкой проницаемостью по отношению к газам, поэтому их применяют в вакуумной упаковке. На полиамиды легко наносится печать. Прозрачность ПА-пленок высока, особенно двуосно-ориентированных. Блеск также улучшается при ориентации.  
 
Электрические и механические свойства материала зависят от влажности окружающей среды. Новейшей разработкой является получение аморфного полиамида. Он имеет меньшую паропроницаемость по сравнению с кристаллическими полиамидами.  
Полиамид известен в химической (и не только химической) промышленности как полиамид-6 (в соответствии с количеством атомов углерода в мономерах -NH-(CH2)5-CO).                 7 
2. Свойства полиамидов

Физические свойства полиамидов имеют большое значение при переработке этих полимеров в изделия, проектировочных расчетах и определении характеристик сформованных деталей.

Основные свойства полиамидов, определенные стандартными методами испытаний, приводятся поставщиками полиамидных смол или организациями, применяющими изделия из полиамидов. Кроме того, основные сведения, касающиеся полиамидов и пластмасс на их основе, приведены также в британском стандарте BS4618.

Внешний вид

Ненаполненные полиамиды в расплавленном состоянии обычно прозрачны и почти бесцветны, а в твердом, частично кристаллическом состоянии имеют белый или слегка желтоватый цвет. Полимеры, обладающие низкой степенью кристалличности, более прозрачны, чем полимеры с высокой кристалличностью. Некоторые виды полиамидов совершенно прозрачны. Примеси в исходных материалах равно как и продукты разложения, образующиеся в результате побочных реакций в процессе полимеризации, вызывают пожелтение полимера. Поверхностное окисление, которое относительно быстро происходит при температурах выше 120 °С, приводит к тому, что полимер становится желтым или даже коричневым. В начальной стадии этот процесс затрагивает только поверхностные слои образца.

Кристаллические полиамиды, сформованные из расплава, имеют блестящую поверхность. Поверхность полиамидов достаточно гладкая, что позволяет использовать этот материал, например, для изготовления желобов для транспортировки гранулятов.

 

8

Кристаллические полимеры совмещаются с различными материалами, их можно модифицировать красителями, стабилизаторами, в частности светоста-билизаторами, которые препятствуют обесцвечиванию полимеров. Красители могут быть либо диспергированы в объеме полимера, либо нанесены на поверхность готового изделия. Известны также способы покрытия поверхности изделий металлом методами распыления или электролиза.

Плотность

Плотность полиамида зависит от его природы и степени кристалличности. При комнатной температуре для всех типов полиамидов эта величина колеблется в пределах 1,01—1,16 г/см3. Плотность возрастает с увеличением степени кристалличности примерно на 0,01 г/см3 на каждые 10% кристалличности. При прочих равных условиях увеличение числа метилено-вых групп в цепи полиамида приводит к уменьшению его плотности. Это положение иллюстрируют приведенные ниже данные о плотности промышленных полиамидов:

ПА 66 ........ 1,13—1,16 г/см3

ПА 6........ 1,12-1,15 г/см3

ПА 8...... 1,06-1,08 г/см3

ПА 610....... 1,07-1,09 г/см3

ПА 11...... 1,03-1,05 г/см3

ПА 12 ....... 1,01-1,04 г/см3

 

9

 

Скорость охлаждения полиамида в процессах переработки из расплава, влияя на кристалличность изделия, определяет плотность конечного продукта. Изменение скорости охлаждения по сечению образца, как это наблюдается при экструзии, приводит к изменению плотности и, следовательно, к неоднородности материала. Вытяжка и другие процессы, вызывающие ориентацию и создающие благоприятные условия для кристаллизации, приводят к соответствующему увеличению плотности. Поскольку плотность полимеров быстро и точно определяется различными методами, соответствующие показатели часто используют для контроля качества изделий и выявления нарушений технологического режима.

Теплофизические свойства

Изменение свойств полиамидов при нагревании может рассматриваться с нескольких точек зрения. Например, интерес представляет определение положений температур переходов первого и второго рода при нагревании или охлаждении полимера. Может исследоваться поглощение или выделение тепла, с помощью которых определяют теплоемкость полимера и скрытую теплоту перехода. Скорость переноса тепла характеризует теплопроводность, а изменение объема при нагревании — термический коэффициент расширения материала. Тесно связанным с точками переходов и, возможно, более важным показателем является теплостойкость, которая определяется температурой, при которой в условиях равномерного подъема температуры при некоторой нагрузке, деформация испытуемого образца достигнет заданных размеров.

 

 

 

 

10 
3. Применение

В станкостроении капролон используется вместо металлических элементов в станках всех групп. Его применение обусловлено в тех случаях, когда к элементам оборудования предъявляются повышенные требования к ударостойкости, вибрации, шумопонижению.

• Втулки перемещения суппорта

• Зубчатые колеса распредвала

• Венцы червячных редукторов РЧ-32, РЧ-37

• Маточные гайки поперечных суппортов

• Подвижные направляющие

• Шестерни коробки скоростей

• Червячные колеса редуктора привода

• Втулки, вкладыши в узлах трения ( салазки, бабки, ползуны и т.п.)

• Вкладыши шпинделя

• Салазки

• Втулки

• Шестерни

• Подшипники скольжения

• Звездочки 7-ми, 12-ти, 14-ти лучевые

• Шестерня 12-ти лучевая

• Плита отбойная

• Ребра