Polimerni materiali: tehnologija, vrste, proizvodnja in uporaba

Polimerni materiali - visoko molekulsko kemičnih spojin, ki so sestavljeni iz številnih malomolekulyarnyh monomerov (enot) na enak način. Pogosto so polimeri uporabljajo za pripravo naslednjih monomernih komponent: etilena, vinil klorid, vinildenhlorid, vinilacetata, propilena, metilmetakrilat, tetrafluoroetilena, stirena, sečnine, melamin, formaldehid, fenol. V tem članku bomo razpravljali podrobno, kaj polimerni materiali, kot tudi njihove kemične in fizikalne lastnosti, razvrstitev in vrste.

Vrste polimerov

Funkcija molekul tega materiala je velika molekulska masa, ki ustreza naslednji vrednosti: M> 5 * 103. Spojine z nižjo stopnjo tega parametra (M = 500-5000), v nadaljnjem besedilu oligomere. Pri spojinah z nizko molekulsko maso manj kot 500. Te vrste polimernih materialov: sintetičnih in naravnih. Slednji običajno iz naravnega kavčuka, sljudo, volna, azbest, celuloza, t. D. Vendar pa se temeljna sintetične polimere zasedajo presledek, ki je pridobljen s postopkom kemijske sinteze spojin s nizko molekularnem nivoju. Odvisno od načina izdelave visoko molekulsko materialov, se odlikujejo polimeri, ki so ali s polikondenzacijo, ali z dodatkom reakcijo.

Polimerizacija

Ta postopek je kombinacija sestavin z nizko molekularno težo z visoko molekulsko maso, ki proizvajajo dolge verige. Obseg polimerizacijskega nivoja je število "ukrepov" v molekulah določene sestave. Najpogosteje polimerni materiali vsebujejo od tisoč do deset tisoč njihovih enot. Naslednje najpogosteje uporabljene spojine dobimo s polimerizacijo: polietilen, polipropilen, polivinil klorid, politetrafluoroetilen, polistiren, polibutadien itd.

Polikondenzacija

Ta postopek je odgovor korak, ki je spojina ali njena veliko število podobnih monomerov ali par ločenih skupin (A in B) v polikondenzorji (makromolekule) s hkratno tvorbo teh stranskih proizvodov: metil alkohol, ogljikov dioksid, vodikov klorid, amoniaka, vodo in druge. Z uporabo dobljenih s polikondenzacijo silikone, polisulfoni, polikarbonatov, aminoplasti, fenolov, poliestre, poliamide in drugih polimernih materialov.

Polyaddition

Ta postopek pomeni tvorbo polimerov kot posledica večkratnih veznih reakcij monomernih komponent, ki vsebujejo limite reakcijskih skupin na monomere nenasičenih skupin (aktivnih obročev ali dvojnih vezi). Za razliko od polikondenzacije, reakcija polyaddition poteka brez izolacije stranskih produktov. Najpomembnejši proces te tehnologije je zdravljenje epoksidne smole in proizvodnja poliuretanov.

Razvrstitev polimerov

V sestavi so vsi polimerni materiali razdeljeni na anorgansko, organsko in elementarnoorgansko. Prvi izmed njih (silikatno steklo, sljuda, azbest, keramika itd.) ne vsebujejo atomskega ogljika. Temeljijo na oksidih iz aluminija, magnezija, silicija itd. Organski polimeri so najobsežnejši razredi, vsebujejo ogljik, vodik, dušik, žveplo, halogen in kisik. Organolemični polimerni materiali so spojine, ki poleg navedenih verig vsebujejo silikon, aluminij, titan in druge elemente, ki se lahko kombinirajo z organskimi radikali. V naravi takšne kombinacije ne nastanejo. To so izključno sintetični polimeri. Tipični predstavniki te skupine so spojine na osnovi silikona, katere glavna veriga je sestavljena iz atoma kisika in silicija.

Za izdelavo polimerov s potrebnimi lastnostmi v tehnologiji se ne uporabljajo pogosto "čiste" snovi, temveč njihove kombinacije z organskimi ali anorganskimi komponentami. Dober primer so polimerni gradbeni materiali: kovinska plastika, plastika, steklena vlakna, polimerni beton.

Struktura polimerov

Posebnost lastnosti teh materialov zaradi njihove strukture, ki v zameno, je razdeljena v naslednje skupine: linearna, razvejana, ravnega, prostorskih molekulskih skupin z velikimi in zelo specifičnih geometrijskih struktur in stopnicami. Na kratko razložimo vsako od njih.

Polimerni materiali z linearno razvejano strukturo imajo poleg glavne verige molekul tudi stranske veje. Taki polimeri vključujejo polipropilen in poliizobutilen.

Materiali z linearno strukturo imajo dolgo ciklično ali spiralno zvito verigo. Njihove makromolekule so predvsem značilne ponovitve mest v eni strukturni skupini povezave ali kemične enote verige. Polimere z linearno strukturo se odlikujejo po prisotnosti zelo dolgih makromolekul s pomembno razliko v značaju vezi vzdolž verige in med njimi. Obstajajo medmolekularne in kemične vezi. Makromolekule takšnih materialov so zelo prilagodljive. In ta lastnost je osnova polimernih verig, ki vodi v kakovostno novih značilnosti: visoka elastičnost, kot tudi odsotnost krhkosti v utrjenem stanju.

In zdaj se učimo, kaj so polimerni materiali s prostorsko strukturo. Te snovi tvori močne kemične vezi v prečni smeri, ko se makromolekule združijo. Kot rezultat je pridobljena mrežna struktura, v kateri je heterogena ali prostorska osnova mreže. Polimeri te vrste imajo večjo toplotno odpornost in togost kot linearni polimeri. Ti materiali so osnova mnogih nekovinskih strukturnih materialov.

Molekule polimernih materialov z lestveno strukturo sestavljajo par verig, ki so povezane s kemično vezjo. Ti vključujejo organosilikonske polimere, za katere je značilna povečana togost, toplotna stabilnost, poleg tega pa ne delujejo z organskimi topili.

Fazna sestava polimerov

Ti materiali so sistemi, ki so sestavljeni iz amorfnih in kristalnih regij. Prvi izmed njih pomaga zmanjšati togost, naredi polimer elastičen, ki je sposoben velikih deformacij reverzibilne narave. Kristalna faza prispeva k povečanju njihove trdnosti, trdote, modula elastičnosti, pa tudi drugih parametrov, hkrati pa zmanjšuje molekularno fleksibilnost snovi. Razmerje med prostornino vseh takšnih regij in skupnim volumnom se imenuje stopnja kristalizacije, pri čemer so najvišja stopnja (do 80%) polipropileni, fluoroplastika, polietileni z visoko gostoto. Nižjo stopnjo kristalizacije imajo polivinil kloridi, polietileni z nizko gostoto.

Odvisno od tega, kako se polimerni materiali ob ogrevanju obnašajo, se običajno delijo na termoreaktivne in termoplastične.

Termosetirni polimeri

Ti materiali imajo predvsem linearno strukturo. Ko se segrejejo, se mehčajo, toda zaradi nastanka kemičnih reakcij v njih se struktura spreminja v prostorsko, snov pa postane trdna. V prihodnosti se ta kakovost ohranja. Na tem principu, polimerna sestavljeni materiali. Naknadno segrevanje ne meša snovi, temveč le vodi do razpada. Končna termosetilna mešanica se ne raztopi in se ne stopi, zato je njegovo recikliranje nesprejemljivo. Ta vrsta materiala vključuje epoksi silikon, fenol-formaldehid in druge smole.

Termoplastični polimeri

Ti materiali Pri segrevanju najprej zmehča in nato taljenje in nadaljevalno ohlajanje strdi. Termoplastični polimeri, če takšna obdelava ne pride do kemične spremembe. Zaradi tega je ta proces popolnoma reverzibilen. Snovi tega tipa so raven ali razvejen linearna struktura makromolekul, med katerimi je majhna sila, in ni nobenega kemijske vezi. Ti vključujejo polietilen, poliamid, polistiren in drugi. Tehnologije polimernih materialov, kot so termoplastični omogoča njihovo izdelavo s tlačnim litjem v hlajenja z vodo kalupov, ekstruzijo, pihanjem in drugimi metodami.

Kemijske lastnosti

Polimeri so lahko v naslednjih stanjih: trdna, tekoča, amorfna, kristalna faza in tudi zelo elastična, viskozna in steklasta deformacija. Široka uporaba polimernih materialov je zaradi njihove visoke odpornosti na različne agresivne medije, kot so koncentrirane kisline in alkalije. Ne vplivajo elektrokemijska korozija. Poleg tega se s povečanjem molekulske mase zmanjša topnost materiala v organskih topilih. Na polimere, ki imajo prostorsko strukturo, te tekočine na splošno ne vplivajo.

Fizične lastnosti

Večina polimerov so dielektriki, poleg tega pa pripadajo nemagnetnim materialom. Od vseh uporabljenih strukturnih snovi imajo le najmanjšo toplotno prevodnost in največjo toplotno kapaciteto ter toplotno krčenje (približno dvajsetkrat večja od tiste iz kovine). Vzrok izgube tesnjenja z različnimi tesnilnimi enotami v razmerah nizke temperature je tako imenovani stekleni prehod gume, pa tudi ostra razlika med koeficienti ekspanzije kovin in gume v vitrificiranem stanju.

Mehanske lastnosti

Polimerni materiali imajo široko paleto mehanskih lastnosti, ki so močno odvisni od njihove strukture. Razen to nastavitev, lahko velik vpliv na mehanske lastnosti materiala imajo različne zunanje dejavnike. Ti vključujejo :. temperatura, frekvenca, trajanja ali manj nalaganja vrsto pod stresom stanje, tlak, narave okolja, toplotne obdelave itd posebnost mehanskih lastnosti polimernih materialov je njihova razmeroma visoka trdnost pri zelo nizki togosti (v primerjavi s kovinami).

Polimeri lahko razdelimo na trdno snov, ki ustreza modul elastičnosti E = 1,10 GPa (vlakna, folije, plastične) in mehke elastomerne materiala, pri čemer modul elastičnosti je E = 1-10 MPa (gume). Modeli in mehanizem uničenja obeh se razlikujejo.

Za polimerne materiale je značilna izrazita anizotropija lastnosti, pa tudi zmanjšanje moči, razvoj lezenja pod pogojem podaljšane obremenitve. Skupaj s tem imajo precej visoko odpornost proti utrujenosti. V primerjavi s kovinami jih zaznamuje izrazitejša odvisnost mehanskih lastnosti od temperature. Ena glavnih značilnosti polimernih materialov je deformabilnost (skladnost). V skladu s tem parametrom je običajno oceniti njihove glavne operativne in tehnološke lastnosti v širokem temperaturnem območju.

Polimerni materiali za tla

Sedaj menijo en izvedbeni primer praktične uporabe polimerov, razkrije vse možne razpon teh materialov. Te snovi so našli široko uporabo v gradbeništvu in popravila in zaključna dela, zlasti v prevleko nadstropij. Ogromno priljubljenost je zaradi značilnosti zadevnih snovi: so odporni proti obrabi, maloteploprovodny, imajo malo absorpcijo vode, dovolj močna in trdna, imajo visoke kvalitete barve. Proizvodnja polimernih materialov lahko razdelimo v tri skupine: linolej (roll), folije izdelki in estrih zmesi napravo. Zdaj pa na kratko preučimo vsako od njih.

Linolej je narejen na osnovi različnih vrst polnil in polimerov. Vključujejo lahko tudi plastifikatorje, sredstva za predelavo in pigmente. Odvisno od vrste polimernega materiala se razlikujejo poliester (gliptični), polivinil klorid, guma, koloksilin in drugi premazi. Poleg tega so v strukturi razdeljeni na neosnovno in zvočno izolirano osnovo, enostopenjsko in večplastno, z gladko, fleksibilno in valovito površino ter enojno in večbarvno podlago.

Materiali za ploščice, narejeni na osnovi polimernih komponent, imajo zelo nizko abrazijo, kemično odpornost in vzdržljivost. Glede na vrsto surovin se te vrste polimernih izdelkov deli na kumaronopolivinilklorid, kumaron, polivinilklorid, gumo, fenolit, bitumenske plošče, pa tudi iverne plošče in plošče iz lesnih vlaken.

Materiali za brezšivne tla so najprimernejši in higienski, imajo visoko trdnost. Te zmesi običajno delimo na polimerni cement, polimerni beton in polivinil acetat.