Дипломная работа: Огнестойкое стекло "Пиран"
Таким образом, создание полимерных материалов с пониженной горючестью, в том числе органического стекла, представляет собой весьма актуальную задачу. Это не только поиск оптимального замедлителя горения для конкретного материала и снижения его горючести, а также сохранение и улучшение всего комплекса свойств полимера.
1. Технологический раздел
1.1 Исследовательская часть
1.1.1 Информационный анализ с целью выбора направления исследования
Полимеры для органического стекла
Органическое стекло-это техническое название прозрачных в видимой части спектра твердых полимерных материалов. Органическое стекло находит широкое применение. В нем испытывают потребность: промышленность и транспортное строительство, авиастроение, радиотехника, приборостроение, медицина и сельскохозяйственное производство.
К числу полимеров, используемых для производства органического стекла относятся: полиметакрилаты, полиакрилаты, полистирол, поликарбонаты, сополимеры эфиров целлюлозы, полимеры аллиловых соединений, сополимеры винилхлорида.
Сополимер метилметакрилата с акрилонитрилом, поликарбонат, эфиры целлюлозы и сополимер винилхлорида с метилметакрилатом обладают достаточной атмосферостойкостью. Полистирол менее атмосферостоек; при длительном воздействии солнечного света он желтеет и становится хрупким.
Среди оптических свойств органического стекла наиболее важны показатель преломления, оптическая прозрачность, оптическое искажение и фотоупругость.
В табл. 1.1 приведены показатели преломления некоторых органических стекол, измеренные относительно воздуха в свете желтого дуплета Na
Таблица 1.1. Показатели преломления органических стекол
| Полимеры | Показатель преломления | |
| 1 | 2 | |
| ПММА непластифицированный | 1,4895 | |
| ПММА пластифицированный | 1,4920 | |
| Полиакрилат повышенной термостойкости | 1,5466 | |
| Полиэтилметакрилат | 1,4866 | |
| Сополимер ММА с акрилонитрилом | 1,5096 | |
| Поликарбонат | 1,5896 | |
| Полидиэтиленгликоль-бис – | 1,4996 | |
| Ацетобутират целлюлозы | 1,4754 | |
| Полистирол | 1,5924 | |
| Феноло-формальдегидная отвержденная смола | 1,7004 | |
От одной поверхности листового ПММА стекла отражается 3,5–4% падающего светового потока, а от двух – 8%. Таким образом, оптическая прозрачность ПММА органического стекла не может превышать 92% при условии, что рассеяние и поглощение света равны нулю.
Оптическая прозрачность полистирола, поликарбоната, полидиэтиленгликоль – бис –, составляет до 90%, сополимера метилметакрилата с акрилонитрилом‑85%, сополимера винилхлорида с метилметакрилатом – 75%. Эфироцеллюлозные органические стекла пропускают свет различной длины неодинаково. Так, оптическая прозрачность для излучений с длиной волны 300, 400, 500 и 600 нм составляет 12–20, 23–55, 70–80 и 85–90%.
По оптической прозрачности органические стекла делят на прозрачные в блоке и прозрачные только в пленках. К первой группе относятся полимеры и сополимеры метилметакрилата, полистирол, поликарбонат и др. полимеры, обладающие незначительным поглощением света; ко второй – органические стекла на основе эфиров целлюлозы, винипроз, литые эпоксидные и феноло-формальдегидные смолы. Основные свойства оптических материалов приведены в таблице 1.2.
Полистирол и ПММА относятся к числу наиболее известных и широко используемых полимеров с высоким светопропусканием, однако, они характеризуются недостаточной устойчивостью к тепловым, химическим и абразивным воздействиям. Указанных недостатков лишены аллиловые полимеры, которые превосходят ПММА по абразивостойкости в 30–40 раз и по теплостойкости на 30–60°C. Наиболее распространенным для получения аллиловых полимеров является полидиэтиленгликоль – бис –.
Таблица 1.2. Основные свойства оптических материалов
| Показатель | ПММА | ПС | ПК | ПДЭГБАК |
| Коэффициент светопропускания при λ=530 нм | 99,1 | - | - | 91 |
| Показатель преломления | 1,491 | 1,59 | 1,58 | 1,498 |
| Средняя дисперсия | 86 | - | - | - |
| Температурный коэффициент показателя преломления, К-1 |
12,21 20,22 | 12 | 12–14 | - |
| Теплостойкость по Мартенсу, К | 333–393 | - | - | - |
| Коэффициент линейного расширения, К-1 | 9 | 6,3–9 | 6–7 | 11,4 |
| Теплопроводность, Вт/ | 0,18 | 0,09–0,14 | 0,2 | - |
| Модуль упругости, МПа | 2900 | 2700–3100 | 2200–2500 | - |
| Модуль сдвига, МПа | 1100 | - | - | - |
| Твердость по Бринеллю, МПа | 130 | - | - | - |
| Плотность, кг/м3 | 1,18–1,2 | 1,05–1,1 | 1,17–1,24 | 1,32 |
| Теплоемкость, Дж/ | 1,47 | 1,26–1,34 | 1,18 | - |
|
Показатель поглощения, см-1 при λ=400 нм | 0,03 | - | - | - |
1 при 293–330 К 2 при 330–378 К
У аллиловых производных в сравнении с ПС и ММА пониженная реакционоспособность. Полиаллиловые материалы устойчивы к атмосферным воздействиям, действию органических растворителей, разбавленных растворов, кислот и щелочей. Они обладают высокой стойкостью к старению, причём их механическая деформация не сопровождается ухудшением светопропускания. Достоинством полиаллилкарбонатов является устойчивость к биологическим средам, к действию микробов и грибков, что необходимо, при изготовлении контактных линз.
Единственный серьёзный недостаток этих материалов состоит в их сравнительно высоком температурном коэффициенте линейного расширения, на порядок превышающем этот коэффициент для силикатных стёкол.
Недостатком ПММА, ПС и их сополимеров является низкая теплостойкость и ударопрочность. Значительно выше эти характеристики у ПК, который характеризуется приемлемой прозрачностью, термостойкостью, ударной прочностью, низким влагопоглощением. Однако у него большоё двойное лучепреломление, он плохо формуется, имеет низкую твёрдость поверхности.
Полиуретанакрилаты отличаются от эпоксиполимеров, ПММА, ПС – их вязкоупругие свойства, обеспечивают возможность больших упругих деформаций, для них характерны высокая устойчивость к воздействию лазерного излучения, меньшие значения тепловыделения и объемной усадки .Недостатки: невозможность их использования в лазерной технике без кварцевых или стеклянных подложек, высокий температурный коэффициент показателя преломления.
Эпоксиполимеры характеризуются наличием упругих деформаций, не больше 1%. Невозможность больших упругих деформаций снижает устойчивость светопрозрачных полимеров к лазерным воздействиям.
Наиболее широкое распространение получило полиметилметакрилатное стекло.
Горение полимеров
Горение полимеров относят к горению твердых газифицирующихся топлив, в большинстве случаев, не содержащих окислителя в твердой фазе. Однако воспламенение и горение полимеров имеет ряд особенностей, которые надо учитывать при применении теорий, разработанных для твердых топлив. Горение полимеров представляет собой сложную совокупность многостадийных физико-химических превращений, происходящих в конденсированной и газовой фазах, а также на поверхности их раздела. Вследствие гетерогенности процесса очень большую роль играют площадь и свойства контактной поверхности горения.