Полимерни материали: технология, видове, производство и приложение

Полимерните материали са химически.високомолекулни съединения, които се състоят от множество нискомолекулни мономери (единици) със същата структура. Често за производството на полимери, използващи следните мономерни компоненти: етилен, винилхлорид, виниденхлорид, винил ацетат, пропилей, метилметакрилат, тетрафлуороетилен, стирен, урея, меламин, формалдехид, фенол. В тази статия ще разгледаме по-внимателно какво са полимерите, какви са техните химични и физични свойства, класификация и видове.

Видове полимери

Характеристика на молекулите на този материал еголямо молекулно тегло, което съответства на следната стойност: M> 5 * 103. Съединения с по-ниско ниво на този параметър (М = 500-5000) обикновено се наричат ​​олигомери. При съединения с ниско молекулно тегло, масата е по-малка от 500. Съществуват следните видове полимерни материали: синтетични и естествени. Последните обикновено се класифицират като естествен каучук, слюда, вълна, азбест, целулоза и т.н. Основното място обаче се заема от синтетични полимери, които се получават в резултат на химически синтез от съединения с ниско молекулно тегло. В зависимост от метода за производство на високомолекулни материали, съществуват полимери, които се получават или чрез поликондензация, или чрез реакция на добавяне.

полимеризация

Този процес е асоциациянискомолекулни компоненти с висока молекулна маса с получаване на дълги вериги. Нивото на полимеризация е броят на "мерките" в молекулите на даден състав. Най-често полимерните материали съдържат от хиляда до десет хиляди единици. Следните често използвани съединения се получават чрез полимеризация: полиетилен, полипропилен, поливинилхлорид, политетрафлуороетилен, полистирен, полибутадиен и др.

поликондензация

Този процес е поетапенреакцията, която се състои в комбиниране на голям брой мономери от същия тип или двойка различни групи (А и В) в поликондензатори (макромолекули) при едновременно образуване на следните странични продукти: метилов алкохол, въглероден диоксид, хлороводород, амоняк, вода и др. получаване на силикони, полисулфони, поликарбонати, аминокиселини, фенопласти, полиестери, полиамиди и други полимерни материали.

полидобавъчен

В този процес разбираме образованиетополимери в резултат на реакциите на множествено добавяне на мономерни компоненти, които съдържат ограничаващи реактивни асоциации, към мономерите на ненаситени групи (активни цикли или двойни връзки). За разлика от поликондензацията реакцията на полиадиция протича без изхвърляне на странични продукти. Най-важният процес на тази технология е втвърдяване на епоксидни смоли и получаване на полиуретани.

Класификация на полимерите

Чрез състава всички полимерни материали се разделятнеорганични, органични и органични елементи. Първите (силикатно стъкло, слюда, азбест, керамика и др.) Не съдържат атомен въглерод. Те са базирани на оксиди от алуминий, магнезий, силиций и др. Органичните полимери са най-обширните класове, съдържат въглеродни атоми, водород, азот, сяра, халоген и кислород. Органометалните полимерни материали са съединения, които в състава на основните вериги имат, освен изброените, атоми от силиций, алуминий, титан и други елементи, които могат да бъдат комбинирани с органични радикали. В природата такива комбинации не се срещат. Това са изключително синтетични полимери. Типични представители на тази група са съединенията, базирани на органо-силиций, чиято основна верига е изградена от кислородни и силиконови атоми.

За полимери с необходимите свойстваТехниката често използва не "чисти" вещества, а комбинациите им с органични или неорганични компоненти. Полимерните строителни материали са добър пример: метални пластмаси, пластмаси, фибростъкло, полимербетон.

Полимерна структура

Особеността на свойствата на тези материали се дължи натяхната структура, която от своя страна е разделена на следните типове: линейно разклонени, линейни, пространствени с големи молекулни групи и много специфични геометрични структури, както и стълба. Разгледайте накратко всеки един от тях.

Полимерните материали с линейно разклонена структура, в допълнение към главната верига от молекули, имат странични клони. Такива полимери включват полипропилен и полиизобутилен.

Материалите с линейна структура са дългизиг-заг или спираловидни усукани вериги. Техните макромолекули се характеризират предимно с повторение на места в една структурна група на връзка или химическа единица от верига. Полимерите с линейна структура се отличават с наличието на много дълги макромолекули със значителна разлика в характера на връзките по веригата и между тях. Средства междумолекулни и химични връзки. Макромолекулите на такива материали са много гъвкави. И това свойство е основата на полимерните вериги, което води до качествени нови характеристики: висока еластичност, както и липсата на чупливост в закаленото състояние.

И сега научаваме с кои полимерни материалипространствена структура. Когато макромолекулите се комбинират, тези вещества образуват силни химически връзки в напречната посока. Резултатът е мрежеста структура, която има хетерогенна или пространствена основа на мрежата. Полимерите от този тип имат по-голяма топлоустойчивост и твърдост, отколкото линейни. Тези материали са в основата на много структурни неметални вещества.

Полимерни молекули с стълбаСтруктурата се състои от двойка вериги, които са свързани чрез химическа връзка. Те включват силиконови полимери, които се характеризират с висока твърдост, топлинна устойчивост, освен това не взаимодействат с органични разтворители.

Фазов състав на полимери

Тези материали са системикоито се състоят от аморфни и кристални области. Първият от тях помага да се намали твърдостта, прави полимера еластичен, който е способен на големи деформации на обратима природа. Кристалната фаза допринася за увеличаване на тяхната здравина, твърдост, еластичен модул и други параметри, като в същото време намалява молекулната гъвкавост на веществото. Съотношението на обема на всички тези площи към общия обем се нарича степен на кристализация, където максималното ниво (до 80%) се съдържа в полипропилен, флуоропласт и полиетилен с висока плътност. Поливинилхлоридът, полиетиленът с ниска плътност имат по-ниска степен на кристализация.

В зависимост от поведението на полимерните материали при нагряване, те обикновено се разделят на термореактивни и термопластични.

Термореактивни полимери

Тези материали са предимно линейниструктура. Когато се нагряват, те омекотяват, но в резултат на химичните реакции в тях структурата се променя на пространствено и веществото се превръща в твърдо. В бъдеще това качество се запазва. Полимерните композити са изградени на този принцип. Последващото им загряване не омекотява веществото, а само води до разпадането му. Завършената термореактивна смес не се разтваря и не се топи, поради което нейното рециклиране е неприемливо. Този тип материали включват епокси силикон, фенол-формалдехид и други смоли.

Термопластични полимери

Тези материали се омекват първо при нагряванеи след това се стопява и при последващо охлаждане се втвърдява. Термопластичните полимери при такова третиране не се подлагат на химически промени. Това прави този процес напълно обратим. Веществата от този тип имат линейно разклонена или линейна структура на макромолекули, между които има малки сили и абсолютно никакви химически връзки. Те включват полиетилени, полиамиди, полистирени и др. Технологията на термопластични полимерни материали осигурява тяхното производство чрез леене под налягане във водно охлаждане, пресоване, екструзия, раздуване и други методи.

Химични свойства

Полимерите могат да бъдат в следните състояния: твърда, течна, аморфна, кристална фаза, както и висока еластична, вискозна и стъкловидна деформация. Широко разпространената употреба на полимерни материали поради тяхната висока устойчивост към различни агресивни среди, като концентрирани киселини и основи. Те не са податливи на електрохимична корозия. В допълнение, при увеличаване на молекулното им тегло се наблюдава намаляване на разтворимостта на материала в органичните разтворители. И полимерите с пространствена структура обикновено не се влияят от тези течности.

Физични свойства

Повечето полимери са диелектрици,в допълнение, те са немагнитни материали. От всички използвани строителни материали, те имат най-ниска топлинна проводимост и най-голяма топлинна мощност, както и термично свиване (около двадесет пъти повече от това на метал). Причината за загубата на херметичност на различни уплътняващи единици при условия на ниска температура е така нареченият стъклен преход на каучука, както и рязката разлика между коефициентите на разширяване на металите и каучука в остъкленото състояние.

Механични свойства

Полимерните материали са широкидиапазон от механични характеристики, които силно зависят от тяхната структура. В допълнение към този параметър, различни външни фактори могат да окажат голямо влияние върху механичните свойства на дадено вещество. Те включват: температура, честота, продължителност или скорост на натоварване, вид на напрежението, налягане, характер на околната среда, топлинна обработка и т.н. Специфична особеност на механичните свойства на полимерните материали е тяхната относително висока здравина при много ниска твърдост (в сравнение с металите).

Полимерите могат да бъдат разделени на твърди, модулничиято еластичност съответства на Е = 1-10 GPa (влакна, филми, пластмаси) и меки, силно еластични вещества, чийто еластичен модул е ​​Е = 1-10 МРа (гума). Моделите и механизмът на унищожаване на тези и другите са различни.

Полимерните материали се характеризират с яркиизразена анизотропия на свойствата, както и намаляване на силата, развитието на пълзене при условие на продължително натоварване. Заедно с това те имат доста висока устойчивост на умора. В сравнение с металите, те се отличават с по-рязка зависимост на механичните свойства от температурата. Една от основните характеристики на полимерните материали е деформируемостта (пластичност). Съгласно този параметър, обичайно е да се оценят техните основни експлоатационни и технологични свойства в широк температурен диапазон.

Полимерни подови настилки

Сега помислете за един от практичните вариантиизползването на полимери, разкриващи целия възможен диапазон от тези материали. Тези вещества се използват широко в строителните и ремонтни и довършителни работи, по-специално в подовите настилки. Огромната популярност се дължи на характеристиките на въпросните вещества: те са устойчиви на абразия, имат ниска топлопроводимост, имат слаба водопоглъщаемост, са силни и здрави и имат високи качества на бои и лакове. Производството на полимерни материали може да бъде разделено на три групи: линолеум (ролка), керемиди и смеси за монтаж на безшевни подове. Сега накратко разгледайте всеки един от тях.

Линолеите се произвеждат на базата на различни типовепълнители и полимери. Пластификатори, помощни средства за обработка и пигменти могат също да бъдат включени. В зависимост от вида на полимерния материал се различават полиестер (глиптал), поливинилхлорид, каучук, колоксилин и други покрития. Освен това, според структурата, те са разделени на безполезни и със звуко-топлоизолационна база, еднослойни и многопластови, с гладка, пухкава и оребрена повърхност, както и с единични и многоцветни.

Керемиди, направени въз основа наполимерните компоненти имат много ниска абразия, химическа устойчивост и издръжливост. В зависимост от вида на суровината, този тип полимерен продукт е разделен на кумаронов поливинилхлорид, кумарон, поливинилхлорид, каучук, фенолит, битумни керемиди, ПДЧ и дървесни влакна.

Материалите за безшевни подове са най-удобни и хигиенични в експлоатация, те имат висока якост. Тези смеси могат да бъдат разделени на полимерни цимент, полимер бетон и поливинил ацетат.