Полимерни материали: технология, видове, производство и приложение

Полимерни материали - високо молекулно химични съединения, които се състоят от множество malomolekulyarnyh мономери (единици) на една и съща структура. Често полимери се използват за производството на следните мономерни компоненти: етилен, винил хлорид, vinildenhlorid, винил ацетат, пропилей, метилметакрилат, тетрафлуоретилен, стирол, карбамид, меламин, формалдехид, фенол. В тази статия ще разгледаме подробно какви са полимерните материали, какви са техните химични и физични свойства, класификация и видове.

Видове полимери

Характеристика на молекулите на този материал е голяма 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 нискомолекулните съединения масата е по-малка от 500. Различават се следните видове полимерни материали: синтетични и естествени. Последните обикновено по естествен каучук, слюда, вълна, азбест, целулоза, и т. D. Въпреки това, основните синтетични полимери заемат място характер, който е получен по метода на химически синтез на съединения с ниско молекулно ниво. В зависимост от метода за производство на високомолекулни материали се разграничават полимери, които се получават или чрез поликондензация или чрез реакция на добавяне.

полимеризация

Този процес е комбинация от компоненти с ниско молекулно тегло с високо молекулно тегло за получаване на дълги вериги. Мащабът на нивото на полимеризация е броят на "мерките" в молекулите на даден състав. Най-често полимерните материали съдържат от хиляда до десет хиляди единици. Следващите често използвани съединения се получават чрез полимеризация: полиетилен, полипропилен, поливинилхлорид, политетрафлуороетилен, полистирен, полибутадиен и др.

поликондензация

Този процес е отговор стъпка, която е съединение или голям брой други мономери, или чифт отделни групи (А и В) в polycondensors (макромолекула) с едновременно образуване на тези странични продукти: метилов алкохол, въглероден диоксид, хлороводород, амоняк, вода и др. Използване на получените поликондензация силикони, полисулфони, поликарбонати, аминопласти, фенолите, полиестери, полиамиди и други полимерни материали.

полидобавъчен

При този процес се разбере образуването на полимери в множество присъединителни реакции на мономерни компоненти, които съдържат реактивни граница асоциация, мономерите на ненаситени групи (активни цикли или двойна връзка). За разлика от поликондензацията, реакцията на полиадиция протича без изолиране на странични продукти. Най-важният процес на тази технология е лечението епоксидни смоли и производството на полиуретани.

Класификация на полимерите

В състава, всички полимерни материали са разделени на неорганични, органични и елементарно органични. Първият от тях (силикатно стъкло, слюда, азбест, керамика и др.) не съдържат атомен въглерод. Те са базирани на оксиди на алуминий, магнезий, силиций и др. Органичните полимери формират най-обширния клас, съдържат въглеродни атоми, водород, азот, сяра, халоген и кислород. Органоелементните полимерни материали са съединения, които в допълнение към посочените вериги съдържат силиций, алуминий, титан и други елементи, способни да се комбинират с органични радикали. В природата такива комбинации не възникват. Това са изключително синтетични полимери. Типични представители на тази група са съединенията на основата на силикон, чиято основна верига е изградена от кислородни и силиконови атоми.

За да се произведат полимери с необходимите свойства в технологиите, не се използват често "чисти" вещества, а комбинациите им с органични или неорганични компоненти. Добър пример са полимерните строителни материали: метални пластмаси, пластмаси, фибростъкло, полимербетон.

Структура на полимерите

Особеността на свойствата на тези материали, поради тяхната структура, която на свой ред е разделен на следните типове: линейно-разклонен, линеен, молекулните групи пространствени с големи и много специфични геометрични структури и стълбище. Нека разгледаме накратко всеки един от тях.

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

Материали с линейна структура имат дълги зигзагообразни или спираловидно усукани вериги. Техните макромолекули се характеризират предимно с повторения на места в една структурна група на връзката или химическата единица на веригата. Полимерите с линейна структура се отличават с наличието на много дълги макромолекули със значителна разлика в характера на връзките по веригата и между тях. Има 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 какви са полимерните материали с пространствена структура. Тези вещества образуват силни химически връзки в напречната посока, когато макромолекулите се свързват заедно. В резултат на това се получава структура на мрежата, в която е налице хетерогенната или пространствена основа на мрежата. Полимерите от този тип имат по-голяма топлоустойчивост и твърдост, отколкото линейните полимери. Тези материали са в основата на много неметални структурни материали.

Молекулите от полимерни материали с стълба структура се състоят от двойка вериги, които са свързани чрез химическа връзка. Те включват органо-силиконови полимери, които се характеризират с повишена твърдост, термична стабилност, освен това не взаимодействат с органични разтворители.

Фазов състав на полимери

Тези материали са системи, които се състоят от аморфни и кристални области. Първият от тях помага да се намали твърдостта, прави полимерът еластичен, способен на големи деформации с обратима природа. Кристалната фаза допринася за увеличаване на тяхната здравина, твърдост, модул на еластичност, както и други параметри, като същевременно намалява молекулната гъвкавост на веществото. Съотношението на обема на всички тези региони към общия обем се нарича степен на кристализация, където максималното ниво (до 80%) са полипропилени, флуоропластика, полиетилени с висока плътност. По-ниското ниво на кристализация е притегнато от поливинил хлориди, полиетилени с ниска плътност.

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

Термореактивни полимери

Тези материали имат предимно линейна структура. Когато се нагряват, те омекотяват, но в резултат на възникването на химични реакции в тях структурата се променя на пространствена и веществото се превръща в твърдо вещество. В бъдеще това качество се запазва. На този принцип, полимерни композитни материали. Последващото нагряване не омекотява веществото, а води до разпадането му. Завършената термореактивна смес не се разтваря и не се топи, поради което нейното рециклиране е неприемливо. Този тип материал включва епокси силикон, фенол-формалдехид и други смоли.

Термопластични полимери

Тези материали, след като се затоплят, първо се омекотят и след това се стопят и след последващо охлаждане те се втвърдяват. 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 действат малки сили и няма абсолютно никакви химически връзки. Те включват полиетилени, полиамиди, полистирени и др. Технологията на полимерните материали от термопластичен тип осигурява тяхното производство чрез леене под налягане във водно-охладени форми, пресоване, екструзия, раздуване и други методи.

Химични свойства

Полимерите могат да бъдат в следните състояния: твърда, течна, аморфна, кристална фаза, както и силно еластична, вискозна и стъклена деформация. Широката употреба на полимерни материали се дължи на тяхната висока устойчивост към различни агресивни среди, като концентрирани киселини и алкали. Те не са засегнати електрохимична корозия. В допълнение, тъй като молекулното тегло нараства, разтворимостта на материала в органичните разтворители намалява. Полимерите, които имат пространствена структура, обикновено не се влияят от тези течности.

Физични свойства

Повечето полимери са диелектрици, освен това те принадлежат към немагнитни материали. От всички употребявани структурни материали само те имат ниска топлопроводимост и максималния капацитет на топлина, и термично свиване (около двадесет пъти по-голяма от тази на метал). Причината за загубата на стягане на различни уплътняващи възли при ниски температури е т.нар встъкляване каучук, както и драматична разлика между коефициентите на разширение на метал и гума в глазирана състояние.

Механични свойства

Полимерните материали се отличават с широк спектър от механични характеристики, които силно зависят от структурата им. В допълнение към този параметър, различни външни фактори могат да окажат голямо влияние върху механичните свойства на веществото. Те включват :. температура, честотата, продължителността, или скорост на зареждане, вида на напрегнато състояние, налягане, вид на околната среда, топлинна обработка и т.н. Особеността на механичните свойства на полимерни материали е относително високо съдържание на много ниска твърдост (в сравнение с метали).

Полимерите могат да бъдат разделени на твърдо вещество, което съответства на модула на еластичност Е = 1.10 GPa (влакна, фолио, пластмаса) и мек еластомерен материал, модулът на еластичност е Е = 1-10 МРа (каучук). Моделите и механизмът на унищожаване на двата са различни.

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

Полимерни материали за подови настилки

Сега помислете за една от възможностите за практическо използване на полимери, разкривайки пълния набор от тези материали. Тези вещества са намерили широко приложение при строителни и ремонтни и декоративни работи, по-специално в подовата настилка. Огромната популярност се дължи на характеристиките на въпросните вещества: те са устойчиви на износване, maloteploprovodny, имат малко поглъщане на вода, достатъчно твърда и категорична, притежават високи качества на боя. Производство на полимерни материали могат да бъдат разделени в три групи: линолеум (ролка), листови продукти и замазка смеси устройство. Сега нека разгледаме накратко всеки един от тях.

Линолеумът се прави на базата на различни видове пълнители и полимери. Те могат да включват и пластификатори, помощни средства за обработка и пигменти. В зависимост от вида на полимерен материал, разграничат полиестер (Gliphtal), поливинил хлорид, каучук, kolloksilinovye и други покрития. Нещо повече, те структурно разделена на неоснователни и звук, изолационни основа еднослойни и многослойни, с гладка, велпапе и пухкав повърхност и едно- и многоцветен.

Плоковите материали, направени на базата на полимерни компоненти, имат много ниска абразия, химическа устойчивост и издръжливост. В зависимост от вида на суровината, този вид полимерни продукти са разделени в kumaronopolivinilhloridnye кумарон, PVC, каучук, fenolitovye, битумни керемиди, както и частици и плочи от дървесни влакна.

Материалите за безшевни подове са най-удобни и хигиенични по време на работа, те имат висока якост. Тези смеси обикновено се разделят на полимерни цимент, полимер бетон и поливинилацетат.