Materiale polimerice: tehnologie, tipuri, producție și aplicare

Materiale polimerice - compuși chimici mari moleculare care constau din numeroși monomeri malomolekulyarnyh (unități) ale aceleiași structuri. Adesea, polimerii sunt utilizați pentru fabricarea următoarelor componente de monomeri: etilena, clorura de vinil, vinildenhlorid, acetat de vinil, propilenă, metilmetacrilat, tetrafluoretilenă, stiren, uree, melamină, formaldehidă, fenol. În acest articol, vom examina în detaliu ce sunt materialele polimerice, care sunt proprietățile lor chimice și fizice, clasificarea și speciile.

Tipuri de polimeri

O caracteristică a moleculelor din acest material este una mare greutate moleculară, care corespunde cu următoarea valoare: M> 5 * 103. Compușii cu un nivel mai scăzut al acestui parametru (M = 500-5000) sunt numiți în mod obișnuit oligomeri. La compușii cu greutate moleculară scăzută este mai mică de 500. Următoarele tipuri de materiale polimerice: sintetice și naturale. Acestea din urmă, de obicei, denumit cauciuc natural, mică, lână, azbest, celuloză și t. D. Cu toate acestea, polimerii sintetici de bază ocupă caracterul spațiu care este obținut prin procedeul de sinteză chimică a compușilor cu nivel molecular scăzut. În funcție de metoda de fabricare a materialelor cu masa moleculară înaltă, sunt polimeri disting care sunt sau prin policondensare sau prin reacție de adiție.

polimerizare

Acest procedeu este o combinație de componente cu greutate moleculară mică în greutate moleculară mare pentru a produce lanțuri lungi. Mărimea nivelului de polimerizare este numărul de "măsuri" din moleculele unei compoziții date. Cel mai adesea, materialele polimerice conțin de la o mie la zece mii de unități. Următorii compuși utilizați în mod obișnuit sunt obținuți prin polimerizare: polietilenă, polipropilenă, clorură de polivinil, politetrafluoretilenă, polistiren, polibutadienă etc.

policondensare

Acest procedeu este o reacție treptată care constă în combinarea unui număr mare de monomeri de același tip sau a unei perechi de grupuri diferite (A și B) în policondensori (macromolecule), cu formarea simultană a următoarelor produse secundare: alcool metilic, dioxid de carbon, acid clorhidric, amoniac, apă și altele. Folosind siliconii policondensare obținute, Polisulfon, policarbonați, aminoplaste, Fenolii, poliesteri, poliamide și alte materiale polimerice.

poliadiție

În cadrul acestui proces să înțeleagă formarea polimerilor în reacțiile de adiție multiple ale componentelor monomerice care conțin o limită de asociere reactivă, monomerii grupări nesaturate (cicluri active sau cu dublă legătură). Spre deosebire de policondensare, reacția de poliadizare are loc fără izolarea subproduselor. Cel mai important proces al acestei tehnologii este vindecarea rășini epoxidice și producția de poliuretan.

Clasificarea polimerilor

În compoziție, toate materialele polimerice sunt împărțite în anorganice, organice și elementoorganice. Primul dintre ei (sticlă silicată, mica, azbest, ceramică etc.) nu conțin carbon atomic. Ele sunt baza de oxid de aluminiu, magneziu, siliciu și altele asemănătoare. Polimerii organici D. cuprind clasa cea mai extinsă, ele conțin carbon, hidrogen, azot, sulf, oxigen și halogen. Materialele polimerice organoelectrice sunt compuși care, pe lângă lanturile enumerate, conțin siliciu, aluminiu, titan și alte elemente capabile să se combine cu radicalii organici. În natură, astfel de combinații nu apar. Acestea sunt polimeri exclusiv sintetici. Reprezentanții tipici ai acestui grup sunt compuși pe bază de silicon, lanțul principal al căruia este construit din atomi de oxigen și siliciu.

Pentru a produce polimeri cu proprietățile necesare în tehnologie, nu se folosesc deseori substanțe "pure", ci combinațiile lor cu componente organice sau anorganice. Un bun exemplu sunt materialele de construcție din materiale polimerice: materiale plastice, plastic, fibră de sticlă, beton polimeric.

Structura polimerilor

Particularitatea proprietăților acestor materiale se datorează structurii lor, care la rândul lor este împărțită în următoarele tipuri: liniar-ramificat, liniar, spațial cu grupuri moleculare mari și structuri geometrice foarte specifice, precum și o scară. Să analizăm pe scurt fiecare dintre ele.

Materialele polimerice cu o structură cu ramificație liniară, pe lângă lanțul principal de molecule, au ramuri laterale. Astfel de polimeri includ polipropilenă și poliizobutilenă.

Materialele cu o structură liniară au lanțuri lungi de tip zig-zag sau spirală. Macromoleculele lor se caracterizează în primul rând prin repetări ale siturilor dintr-un grup structural al liniei sau dintr-o unitate chimică a lanțului. Polimerii cu o structură liniară se disting prin prezența unor macromolecule foarte lungi, cu o diferență semnificativă în caracterul legăturilor de-a lungul lanțului și între ele. Există legături intermoleculare și chimice. Macromoleculele acestor materiale sunt foarte flexibile. Și această proprietate este baza lanțurilor de polimeri, ceea ce duce la caracteristici calitativ noi: elasticitate ridicată, precum și absența fragilității în stare întărită.

Și acum aflăm ce sunt materialele polimerice cu structură spațială. Aceste substanțe formează legături chimice puternice în direcția transversală atunci când macromoleculele se unesc împreună. Ca rezultat, se obține o structură de rețea, în care baza eterogenă sau spațială a rețelei. Polimerii de acest tip au o rezistență la căldură și o rigiditate mai mare decât polimerii liniari. Aceste materiale sunt baza multor materiale structurale nemetalice.

Moleculele de materiale polimerice cu o structură de scară constau dintr-o pereche de lanțuri care sunt legate printr-o legătură chimică. Acestea includ polimerii organo-siliciu, care se caracterizează prin creșterea rigidității, stabilității termice, în plus, nu interacționează cu solvenții organici.

Compoziția de fază a polimerilor

Aceste materiale sunt sisteme care constau din regiuni amorfe și cristaline. Prima dintre ele ajută la reducerea rigidității, face polimerul elastic, care este capabil de mari deformări de natură reversibilă. Faza cristalină contribuie la creșterea rezistenței, durității, modulului de elasticitate, precum și a altor parametri, reducând în același timp flexibilitatea moleculară a substanței. Raportul volumului tuturor acestor regiuni cu volumul total se numește gradul de cristalizare, unde nivelul maxim (până la 80%) sunt polipropilene, fluoroplastice, polietilene de înaltă densitate. Nivelul inferior de cristalizare este posedat de cloruri de polivinil, de polietilene cu densitate scăzută.

În funcție de modul în care materialele polimerice se comportă atunci când sunt încălzite, acestea sunt de obicei împărțite în termorezistente și termoplastice.

Polimeri termorezistenți

Aceste materiale au în principal o structură liniară. Când sunt încălzite, ele se înmoaie, dar ca rezultat al apariției reacțiilor chimice în ele, structura se transformă în spațiu, iar substanța devine solidă. În viitor, această calitate este păstrată. Pe acest principiu, polimeric materiale compozite. Încălzirea ulterioară nu atenuează substanța, ci duce numai la descompunerea acesteia. Amestecul termorezistent finit nu se dizolvă și nu se topeste, deci reciclarea este inacceptabilă. Acest tip de material include silicon epoxi, fenol-formaldehidă și alte rășini.

Polimeri termoplastici

Aceste materiale, atunci când sunt încălzite, se înmoaie mai întâi și apoi topesc, iar după răcirea ulterioară se solidifică. Polimerii termoplastici sub acest tratament nu suferă modificări chimice. Acest lucru face ca acest proces să fie complet reversibil. Substanțele de acest tip sunt structuri lineare lineare sau ramificate de macromolecule, printre care există o forță mică, și nu există absolut nici legături chimice. Acestea includ polietilena, poliamida, polistiren și altele. Tehnologia materialelor polimerice termoplastice, cum ar fi prevede producerea lor prin turnare prin injecție în răcire cu apă de turnare forme, extrudare, turnare prin suflare, și alte metode.

Proprietăți chimice

Polimerii pot fi în următoarele stări: fază solidă, lichidă, amorfă, cristalină și, de asemenea, o deformare foarte elastică, vâscoasă și sticloasă. Utilizarea pe scară largă a materialelor polimerice se datorează rezistenței lor ridicate la diferite medii agresive, cum ar fi acizii și alcalinele concentrate. Nu sunt afectate coroziunea electrochimică. În plus, pe măsură ce crește greutatea moleculară, solubilitatea materialului în solvenți organici scade. Și, în general, polimerii care au o structură spațială nu sunt afectați de aceste lichide.

Proprietăți fizice

Majoritatea polimerilor sunt dielectrici, în plus, aparțin materialelor nemagnetice. Dintre toate materialele structurale utilizate numai că au cea mai mică conductivitatea termică și capacitatea maximă de căldură, și contracția termică (aproximativ douăzeci de ori mai mare decât cea din metal). Motivul pentru pierderea de etanșeitate a diferitelor ansambluri de etanșare la temperaturi joase este așa-numita cauciuc vitrificare, precum și o diferență dramatică între coeficienții de dilatare din metal și cauciuc în stare vitrificate.

Proprietăți mecanice

Materialele polimerice se disting printr-o gamă largă de caracteristici mecanice, care depind în mare măsură de structura lor. În plus față de acest parametru, diferiți factori externi pot exercita o mare influență asupra proprietăților mecanice ale substanței. Acestea includ :. Temperatura, frecventa, durata, sau rata de încărcare, tipul de stat a subliniat, presiune, natura mediului, tratament termic etc. Particularitatea proprietăților mecanice ale materialelor polimerice este puterea lor relativ mare la rigiditate foarte scăzută (în comparație cu metalele).

Polimerii pot fi împărțite în solide, care corespunde cu modulul de elasticitate E = 1,10 GPa (fibre, folie, plastic), și materialul elastomer moale, modulul de elasticitate E = 1-10 MPa (cauciuc). Modelele și mecanismele de distrugere a ambelor sunt diferite.

Materialele polimerice se caracterizează prin anisotropia pronunțată a proprietăților, precum și o scădere a rezistenței, dezvoltarea fluajului în condițiile unei încărcări prelungite. Împreună cu aceasta au o rezistență destul de mare la oboseală. În comparație cu metalele, ele se caracterizează printr-o dependență mai pronunțată de proprietățile mecanice la temperatură. Una dintre principalele caracteristici ale materialelor polimerice este deformabilitatea (conformitatea). Conform acestui parametru, este comun să se evalueze proprietățile lor operaționale și tehnologice principale pe o gamă largă de temperaturi.

Materiale polimerice pentru pardoseli

Luați în considerare una dintre opțiunile pentru utilizarea practică a polimerilor, dezvăluind întreaga gamă a acestor materiale. Aceste substanțe au fost utilizate pe scară largă în lucrările de construcție și reparații și decorare, în special în podele. Popularitatea uriașă se datorează caracteristicilor substanțelor în cauză: acestea sunt rezistente la abraziune, maloteploprovodny, au puțină absorbție de apă, suficient de puternic și ferm, posedă calități înalte de vopsea. Producția de materiale polimerice poate fi împărțită în trei grupe: linoleum (role), produse plate și amestecuri pentru dispozitivul de podele fără sudură. Acum, să examinăm pe scurt fiecare dintre ele.

Linoleumul se face pe baza diferitelor tipuri de umpluturi și polimeri. Acestea pot include, de asemenea, plastifianți, agenți de procesare și pigmenți. În funcție de tipul de material polimer, se disting poliester (gliptal), clorură de polivinil, cauciuc, colloxilină și alte acoperiri. Mai mult, au împărțit structural în neintemeiat și cu izol izolante fundație unilamelari și multilamelari, cu suprafața netedă, ondulat și lânos și cu unul sau mai multe culori.

Materialele pentru țigle realizate pe baza componentelor polimerice au o abraziune foarte scăzută, rezistență chimică și durabilitate. În funcție de tipul de materie primă, acest tip de produse polimerice sunt împărțite în cumaronă kumaronopolivinilhloridnye, PVC, cauciuc, fenolitovye, dale de bitum, precum și plăci aglomerate plăci din fibre de lemn.

Materialele pentru podele fără sudură sunt cele mai convenabile și mai igienice în funcționare, au rezistență ridicată. Aceste amestecuri sunt de obicei împărțite în ciment polimeric, beton polimeric și acetat de polivinil.