Файл: Тема выпускной квалификационной работы Анализ ассортимента, свойства и применение термопластичных фторсодержащих полимеров.docx
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 144
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
1.5 Виды маркировок для известных фторопластов
1.6 Современные отечественные производители
2.1. Молекулярная масса и структура фторопласта-3.
2.2. Свойства политрифторхлорэтилена
2.3 Получение политрифторхлорэтилена.
3 Термодинамический анализ реакции полимеризации ТФХЭ
4. Материальный баланс реакции полимеризации трифторхлорэтилена
5. Тепловой баланс реакции полимеризации трифторхлорэтилена
7. Разработка и описание операторной и технологической схемы
, которые выделяют его среди всех фторопластов.
Данный материал обладает наибольшей прочностью, по сравнению с остальными представителями фторопластов, стойкостью к истиранию и твердостью при обычных температурах. Ф-2 обладает пьезо- и пироэлектрическими свойствами. Данный материал способен растворятся в апротонных растворителях. Перерабатывается из расплава при достаточно не высоких температурах, также обладает плохой термодинамической совместимостью со многими пластиками. Поскольку производство и переработка данного материала достаточно технологичная и дешевая, поливинилиденфторид обладает обширным марочным ассортиментом и невысокой себестоимостью. Рабочий температурный диапазон для фторопласта-3 находится от -30 °С до +150 °С. Материал огнестойкий и самозатухающий. Также как и все фторопласты стоек гидролизу, обладает нулевым поглощением влаги. Также у Ф-2 в отличие от Ф-4 отсутствует хладотекучесть под действием нагрузок. Обладает устойчивостью к воздействию ультрафиолетовой и ионизирующей радиации. Фторопласт-2 плохо растворим или вообще нерастворим во многих органических растворителях, а растворяется только в диметилсульфоксиде, диметилформамиде, кетонах.
Звено данного материала имеет следующее строение:
Из Фторопласта-2 изготавливают следующие изделия: уплотнительные детали (к примеру, прокладочные кольца, втулки, лабораторная и не только посуда в хим. индустриии); электроизоляционные детали (изоляторы, контактные планки, части штепселей, разъемов, детали электрооборудования и пр.); антифрикционные, стойкие к агрессивным химическим веществам детали и элементы конструкций (втулки скольжения, шестерни, подающие ролики, шнеки и пр.). Наибольшее распространение Фторопласт 2 получил в химическом машиностроении: корпуса или части корпусов насосов для перекачки химических продуктов и нефтепродуктов; детали вентилей, расходометров, фитингов, запорной арматуры [2].
Для фторопласта-4 согласно ГОСТ 10007-80 существуют следующие производственные марки:
По Общесоюзному классификатору промышленной и сельскохозяйственной продукции код ОКП для каждой марки должен соответствовать указанному в таблице 1.
Таблица 1 – код ОКП для каждой марок фторопласта-4
Пример условного обозначения фторопласта-4 марки П: Фторопласт-4П ГОСТ 10007-80
Для фторопласта-3 согласно ГОСТ 13744-87 существуют следующие производственные марки:
По Общесоюзному классификатору промышленной и сельскохозяйственной продукции код ОКП для каждой марки должен соответствовать указанному в таблице 2.
Таблица 2 – код ОКП для каждой марок фторопласта-3
Пример условного обозначения фторопласта-3 марки А: Фторопласт-3А ГОСТ 13744-87
Для фторопласта-2 отсутствует нормативный документ по изготовлению, но существует огромное множество аналогов для данного материала, производимые в мире. Кроме того, на свойства сополимера оказывает очень большое влияние количественное содержание и природа сомономера. В качестве последнего обычно используется гексафторпропилен или, что значительно реже, тетрафторэтилен. Содержание сомономера в полимере обычно не высоко, и составляет от 0.7 до 5 %. Благодаря введению сомономера у сополимера повышаются эластичность, появляется относительное удлинение при разрыве. Одновременно с этим снижаются показатели прочности и твердости. Электрические свойства и горючесть в значительной степени определяются рецептурой (способом) синтеза.
Таблица 3 – Торговые марки поливинилиденфторида.
В Российской Федерации довольно обширный перечень предприятий, производящих фторопласты и композиционные изделия на их основе. Далее представлен список наиболее заметных отечественных производителей:
ПТФХЭ получают полимеризацией в широком диапазоне молеку-лярных масс, и основная спецификация торговых марок полимера исполняется по этому показателю. Политрифторхлорэтилен возможно растворить в некоторых растворителях, но важно образовать специализированные условия, такие как повышенная температура. Таким образом молекулярная масса фторопласта-3 может быть установлена способами осмометрии, вискозиметрии, светорассеяния. Однако приведенные в литературе сведения достаточно противоречивы. Так, при использовании осмометрического способа (в растворах хлорфторбензола при 99,3 оС) Кауфман получил следующие значения среднечисленной молекулярной массы для трех образцов полимера с различными показателямиNST [5]:
Таблица 4 – Результаты определения молекулярной массы
Зависимость между характеристической вязкостью и среднечисленной молекулярной массой ПТФХЭ описывается уравнением следующим уравнением (1):
(1)
Значение экспоненты 0,74 указывает на относительно жесткую молекулу, что находится в соответствии с рентгеноструктурным исследованием.
Методом светорассеяния для образца ПТФХЭ с показателем NST 240 °С было найдено значение среднемассовой молекулярной массы 3,6*10
5-4*105[1].
Если проводить полимеризацию трифторхлоржтилена в массе образец будет иметь бимодальное ММР. Для ПТФХЭ, производимого суспензионным методом, ММР характерно будет более заполнен низкомолекулярными фракциями.
Поскольку прямое определение молекулярной массы для полимеров в целом являются затруднительными, в случае с фторопластами применяются косвенные методы, которые анализируют результаты испытаний образца по реологическим свойствам. Из них основными являются:
Ориентировочная зависимость между этими показателями для трех марок полимера приведена ниже:
Таблица 5 – Показатели основных реологических свойств для трех образцов
Политрифторхлорэтилен характеризуется асимметрией и полярностью основного звена, из-за того, что в основной цепи присутствует атом хлора, но, как это ни парадоксально, фторопласт-3 легко кристаллизуется. На это влияет действие полярных сил, вызванных присутствием атома хлора внутри основной полимерной цепи, что, в свою очередь, увеличивает жесткость цепи.
На основании рентгеноструктурных исследований сделан вывод о предпочтительной атактической структуре полимера и непрерывности спиральной конформации его цепей. По данным эмиссионной масс-спектроскопии, молекулы ПТФХЭ построены по типу «голова к хвосту» [5].
Данный материал обладает наибольшей прочностью, по сравнению с остальными представителями фторопластов, стойкостью к истиранию и твердостью при обычных температурах. Ф-2 обладает пьезо- и пироэлектрическими свойствами. Данный материал способен растворятся в апротонных растворителях. Перерабатывается из расплава при достаточно не высоких температурах, также обладает плохой термодинамической совместимостью со многими пластиками. Поскольку производство и переработка данного материала достаточно технологичная и дешевая, поливинилиденфторид обладает обширным марочным ассортиментом и невысокой себестоимостью. Рабочий температурный диапазон для фторопласта-3 находится от -30 °С до +150 °С. Материал огнестойкий и самозатухающий. Также как и все фторопласты стоек гидролизу, обладает нулевым поглощением влаги. Также у Ф-2 в отличие от Ф-4 отсутствует хладотекучесть под действием нагрузок. Обладает устойчивостью к воздействию ультрафиолетовой и ионизирующей радиации. Фторопласт-2 плохо растворим или вообще нерастворим во многих органических растворителях, а растворяется только в диметилсульфоксиде, диметилформамиде, кетонах.
Звено данного материала имеет следующее строение:
Из Фторопласта-2 изготавливают следующие изделия: уплотнительные детали (к примеру, прокладочные кольца, втулки, лабораторная и не только посуда в хим. индустриии); электроизоляционные детали (изоляторы, контактные планки, части штепселей, разъемов, детали электрооборудования и пр.); антифрикционные, стойкие к агрессивным химическим веществам детали и элементы конструкций (втулки скольжения, шестерни, подающие ролики, шнеки и пр.). Наибольшее распространение Фторопласт 2 получил в химическом машиностроении: корпуса или части корпусов насосов для перекачки химических продуктов и нефтепродуктов; детали вентилей, расходометров, фитингов, запорной арматуры [2].
1.5 Виды маркировок для известных фторопластов
Для фторопласта-4 согласно ГОСТ 10007-80 существуют следующие производственные марки:
-
С – для изготовления специзделий -
П – для изготовления электроизоляционной и конденсаторной пленок -
ПН – для изготовления электротехнических изделий и других изделий повышенной надежности, а также электроизоляционных, изоляционных и пористых, вальцованных пленок и прокладочной ленты -
О – для изготовления изделий общего пользования -
Т – для изготовления толстостенных изделий и трубопроводов
По Общесоюзному классификатору промышленной и сельскохозяйственной продукции код ОКП для каждой марки должен соответствовать указанному в таблице 1.
Таблица 1 – код ОКП для каждой марок фторопласта-4
| | |
| Марка | Код ОКП |
| С | 22 1312 0101 01 |
| П | 22 1312 0102 00 |
| ПН | 22 1312 0103 10 |
| О | 22 1312 0104 09 |
| Т | 22 1312 0105 08 |
Пример условного обозначения фторопласта-4 марки П: Фторопласт-4П ГОСТ 10007-80
Для фторопласта-3 согласно ГОСТ 13744-87 существуют следующие производственные марки:
-
А - для получения композиций специального назначения; -
Б - для получения масел и смазок, суспензий, композиций специального назначения, изделий, изготовляемых методами экструзии, прессования, литья под давлением и для порошкового напыления; -
В - для получения изделий специального назначения методом прессования и композиций специального назначения.
По Общесоюзному классификатору промышленной и сельскохозяйственной продукции код ОКП для каждой марки должен соответствовать указанному в таблице 2.
Таблица 2 – код ОКП для каждой марок фторопласта-3
| | |
| Марка | Код ОКП |
| А | 22 1311 0101 |
| Б | 22 1311 0102 |
| В | 22 1311 0103 |
Пример условного обозначения фторопласта-3 марки А: Фторопласт-3А ГОСТ 13744-87
Для фторопласта-2 отсутствует нормативный документ по изготовлению, но существует огромное множество аналогов для данного материала, производимые в мире. Кроме того, на свойства сополимера оказывает очень большое влияние количественное содержание и природа сомономера. В качестве последнего обычно используется гексафторпропилен или, что значительно реже, тетрафторэтилен. Содержание сомономера в полимере обычно не высоко, и составляет от 0.7 до 5 %. Благодаря введению сомономера у сополимера повышаются эластичность, появляется относительное удлинение при разрыве. Одновременно с этим снижаются показатели прочности и твердости. Электрические свойства и горючесть в значительной степени определяются рецептурой (способом) синтеза.
Таблица 3 – Торговые марки поливинилиденфторида.
| Страна | Торговая марка |
| Россия | Ф-2 |
| США | Kaynar |
| Китай | KF |
| Германия | Vidar |
| Франция | Foraflon |
1.6 Современные отечественные производители
В Российской Федерации довольно обширный перечень предприятий, производящих фторопласты и композиционные изделия на их основе. Далее представлен список наиболее заметных отечественных производителей:
-
ОАО «ГалоПолимер» -
ОАО «Пластполимер» -
Рошальский завод фторопластовых изделий, ООО -
ООО «ИнжХимСервис» -
ООО «ПолимерСбыт» -
ЗАО «Фторопластовые технологии» -
ЗАО «Поликс+» -
ООО ПКП «Мито»
2. Фторопласт-3
2.1. Молекулярная масса и структура фторопласта-3.
ПТФХЭ получают полимеризацией в широком диапазоне молеку-лярных масс, и основная спецификация торговых марок полимера исполняется по этому показателю. Политрифторхлорэтилен возможно растворить в некоторых растворителях, но важно образовать специализированные условия, такие как повышенная температура. Таким образом молекулярная масса фторопласта-3 может быть установлена способами осмометрии, вискозиметрии, светорассеяния. Однако приведенные в литературе сведения достаточно противоречивы. Так, при использовании осмометрического способа (в растворах хлорфторбензола при 99,3 оС) Кауфман получил следующие значения среднечисленной молекулярной массы для трех образцов полимера с различными показателямиNST [5]:
Таблица 4 – Результаты определения молекулярной массы
| Образец | 1 | 2 | 3 |
| NST, °C | 235 | 273 | 317 |
| Mn·10-4 | 5,6 | 7,6 | 10 |
Зависимость между характеристической вязкостью и среднечисленной молекулярной массой ПТФХЭ описывается уравнением следующим уравнением (1):
(1)Значение экспоненты 0,74 указывает на относительно жесткую молекулу, что находится в соответствии с рентгеноструктурным исследованием.
Методом светорассеяния для образца ПТФХЭ с показателем NST 240 °С было найдено значение среднемассовой молекулярной массы 3,6*10
5-4*105[1].
Если проводить полимеризацию трифторхлоржтилена в массе образец будет иметь бимодальное ММР. Для ПТФХЭ, производимого суспензионным методом, ММР характерно будет более заполнен низкомолекулярными фракциями.
Поскольку прямое определение молекулярной массы для полимеров в целом являются затруднительными, в случае с фторопластами применяются косвенные методы, которые анализируют результаты испытаний образца по реологическим свойствам. Из них основными являются:
-
Температура потери прочности, обозначаемая за рубежом NST. За температуру потери прочности принята температура, при которой стандартный образец, помещенный в термостат с постоянно повышающейся температурой, разрывается в месте надреза под действием нагрузки 2,42 кПа. -
Время нулевой прочности (ZST) – время, необходимое для разрыва стандартного образца, находящегося под нагрузкой в термостате при 250 °С. -
Общепринятый для термопластов показатель текучести расплава (ПТР) [1].
Ориентировочная зависимость между этими показателями для трех марок полимера приведена ниже:
Таблица 5 – Показатели основных реологических свойств для трех образцов
| Образцы | 1 | 2 | 3 |
| NST, °C | 230-259 | 260-269 | 290-300 |
| ZST, с | 116-175 | 176-300 | 301-750 |
| ПТР при 205 °C, мг/мин | 92-31,5 | 35-12,1 | 2,4-1,2 |
Политрифторхлорэтилен характеризуется асимметрией и полярностью основного звена, из-за того, что в основной цепи присутствует атом хлора, но, как это ни парадоксально, фторопласт-3 легко кристаллизуется. На это влияет действие полярных сил, вызванных присутствием атома хлора внутри основной полимерной цепи, что, в свою очередь, увеличивает жесткость цепи.
На основании рентгеноструктурных исследований сделан вывод о предпочтительной атактической структуре полимера и непрерывности спиральной конформации его цепей. По данным эмиссионной масс-спектроскопии, молекулы ПТФХЭ построены по типу «голова к хвосту» [5].