Polymermaterial: teknik, typer, produktion och tillämpning

2024 Författare: Howard Calhoun | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-17 10:41

Polymera material är kemiska högmolekylära föreningar som består av många småmolekylära monomerer (enheter) med samma struktur. Ofta används följande monomera komponenter för tillverkning av polymerer: eten, vinylklorid, vinyldeklorid, vinylacetat, propen, metylmetakrylat, tetrafluoreten, styren, urea, melamin, formaldehyd, fenol. I den här artikeln kommer vi att överväga i detalj vad polymera material är, vilka är deras kemiska och fysikaliska egenskaper, klassificering och typer.

Typer av polymerer

En egenskap hos molekylerna i detta material är en hög molekylvikt, vilket motsvarar följande värde: М>5103. Föreningar med en lägre nivå av denna parameter (M=500-5000) kallas oligomerer. I föreningar med låg molekylvikt är massan mindre än 500. Följande typer av polymera material särskiljs: syntetiska och naturliga. De senare inkluderar naturgummi, glimmer, ull, asbest, cellulosa, etc. Huvudplatsen är dock upptagen av syntetiska polymerer, som erhålls som ett resultat av en kemisk syntesprocess från föreningar med låg molekylvikt. beroendefrån metoden för tillverkning av högmolekylära material särskiljs polymerer, som skapas antingen genom polykondensation eller genom en additionsreaktion.

Polymerisation

Denna process är en kombination av komponenter med låg molekylvikt till hög molekylvikt för att erhålla långa kedjor. Polymerisationsnivån är antalet "merer" i molekylerna av en given sammansättning. Oftast innehåller polymermaterial från tusen till tio tusen av sina enheter. Följande vanliga föreningar erhålls genom polymerisation: polyeten, polypropen, polyvinylklorid, polytetrafluoreten, polystyren, polybutadien, etc.

Polykondensation

Denna process är en stegvis reaktion, som består i att kombinera antingen ett stort antal monomerer av samma typ eller ett par olika grupper (A och B) till polykondensatorer (makromolekyler) med samtidig bildning av följande biprodukter: metylalkohol, koldioxid, väteklorid, ammoniak, vatten, etc. Polykondensering ger silikoner, polysulfoner, polykarbonater, aminoplaster, fenolplaster, polyestrar, polyamider och andra polymera material.

Polyaddition

Denna process förstås som bildningen av polymerer som ett resultat av reaktioner av multipel tillsats av monomera komponenter som innehåller begränsande reaktionskombinationer till monomerer av omättade grupper (aktiva cykler eller dubbelbindningar). Till skillnad från polykondensation fortskrider polyadditionsreaktionen utan några biprodukter. Den viktigaste processen med denna teknik är härdning av epoxihartser och framställning av polyuretaner.

Klassificering av polymerer

Sammansättningen av alla polymera material är indelade i oorganiska, organiska och organiska element. Den första av dem (silikatglas, glimmer, asbest, keramik, etc.) innehåller inte atomärt kol. De är baserade på oxider av aluminium, magnesium, kisel etc. Organiska polymerer utgör den mest omfattande klassen, de innehåller kol-, väte-, kväve-, svavel-, halogen- och syreatomer. Organoelement polymera material är föreningar som i huvudkedjorna har, förutom de listade, atomer av kisel, aluminium, titan och andra grundämnen som kan kombineras med organiska radikaler. Sådana kombinationer förekommer inte i naturen. Dessa är uteslutande syntetiska polymerer. Karakteristiska representanter för denna grupp är kiselorganiska föreningar, vars huvudkedja är uppbyggd av syre- och kiselatomer.

För att erhålla polymerer med de egenskaper som krävs använder tekniken ofta inte "rena" ämnen, utan deras kombinationer med organiska eller oorganiska komponenter. Ett bra exempel är polymera byggmaterial: metall-plast, plast, glasfiber, polymerbetong.

Struktur av polymerer

Det speciella med egenskaperna hos dessa material beror på deras struktur, som i sin tur är uppdelad i följande typer: linjärt grenad, linjär, rumsligmed stora molekylära grupper och mycket specifika geometriska strukturer, samt trappa. Låt oss kort överväga var och en av dem.

Polymera material med linjärt grenad struktur, förutom huvudkedjan av molekyler, har sidogrenar. Dessa polymerer inkluderar polypropen och polyisobutylen.

Material med linjär struktur har långa sicksack- eller spiralkedjor. Deras makromolekyler kännetecknas främst av upprepningar av platser i en strukturell grupp av en länk eller kemisk enhet i kedjan. Polymerer med linjär struktur kännetecknas av närvaron av mycket långa makromolekyler med en signifikant skillnad i typen av bindningar längs kedjan och mellan dem. Detta hänvisar till intermolekylära och kemiska bindningar. Makromolekylerna i sådana material är mycket flexibla. Och denna egenskap är grunden för polymerkedjor, vilket leder till kvalitativt nya egenskaper: hög elasticitet, såväl som frånvaron av sprödhet i det härdade tillståndet.

Och nu ska vi ta reda på vad som är polymera material med en rumslig struktur. Dessa ämnen bildar, när makromolekyler kombineras med varandra, starka kemiska bindningar i tvärriktningen. Som ett resultat erhålls en nätstruktur, som har en olikformig eller rumslig bas av nätet. Polymerer av denna typ har större värmebeständighet och styvhet än linjära. Dessa material är grunden för många strukturella icke-metalliska ämnen.

Molekyler av polymermaterial med stegstruktur består av ett par kedjor som är förbundna med en kemisk bindning. Dessa inkluderarkiselorganiska polymerer, som kännetecknas av ökad styvhet, värmebeständighet, dessutom interagerar de inte med organiska lösningsmedel.

Fassammansättning av polymerer

Dessa material är system som består av amorfa och kristallina områden. Den första av dem hjälper till att minska styvheten, gör polymeren elastisk, det vill säga kapabel till stora reversibla deformationer. Den kristallina fasen hjälper till att öka deras styrka, hårdhet, elasticitetsmodul och andra parametrar, samtidigt som den minskar ämnets molekylära flexibilitet. Förhållandet mellan volymen av alla sådana områden och den totala volymen kallas graden av kristallisation, där den maximala nivån (upp till 80%) har polypropener, fluoroplaster, högdensitetspolyetener. Polyvinylklorider, lågdensitetspolyetener har en lägre grad av kristallisation.

Beroende på hur polymermaterial beter sig vid upphettning delas de vanligtvis in i härdplast och termoplast.

Termohärdande polymerer

Dessa material har i första hand en linjär struktur. När de värms upp mjuknar de, men som ett resultat av kemiska reaktioner som inträffar i dem ändras strukturen till en rumslig struktur och ämnet förvandlas till ett fast ämne. I framtiden bibehålls denna kvalitet. Polymerkompositmaterial bygger på denna princip. Deras efterföljande uppvärmning mjukar inte upp ämnet, utan leder bara till dess nedbrytning. Den färdiga härdplastblandningen löses inte upp eller smälter därfördet är inte tillåtet att återvinna det. Denna typ av material inkluderar epoxisilikon, fenol-formaldehyd och andra hartser.

Termoplastiska polymerer

Dessa material, när de värms upp, mjuknar först och smälter sedan och hårdnar sedan när de kyls. Termoplastiska polymerer genomgår inte kemiska förändringar under denna behandling. Detta gör processen helt reversibel. Ämnen av denna typ har en linjärt förgrenad eller linjär struktur av makromolekyler, mellan vilka små krafter verkar och det finns absolut inga kemiska bindningar. Dessa inkluderar polyetener, polyamider, polystyrener, etc. Tekniken för polymera material av termoplasttyp möjliggör deras tillverkning genom formsprutning i vattenkylda formar, pressning, extrudering, blåsning och andra metoder.

Kemiska egenskaper

Polymerer kan vara i följande tillstånd: fast, flytande, amorf, kristallin fas, såväl som mycket elastisk, viskös och glasartad deformation. Den utbredda användningen av polymera material beror på deras höga motståndskraft mot olika aggressiva medier, såsom koncentrerade syror och alkalier. De utsätts inte för elektrokemisk korrosion. Dessutom, med en ökning av deras molekylvikt, minskar lösligheten av materialet i organiska lösningsmedel. Och polymerer, som har en tredimensionell struktur, påverkas i allmänhet inte av de nämnda vätskorna.

Fysiska egenskaper

De flesta polymerer är isolatorer, dessutom är de icke-magnetiska material. Av alla konstruktionsmaterial som används är det bara de som har den lägsta värmeledningsförmågan och den högsta värmekapaciteten, såväl som termisk krympning (cirka tjugo gånger mer än metallens). Orsaken till förlusten av täthet hos olika tätningsenheter under låga temperaturförhållanden är den så kallade glasövergången av gummi, såväl som den skarpa skillnaden mellan expansionskoefficienterna för metaller och gummin i det förglasade tillståndet.

Mekaniska egenskaper

Polymera material har ett brett utbud av mekaniska egenskaper, som är starkt beroende av deras struktur. Utöver denna parameter kan olika yttre faktorer ha stor inverkan på ett ämnes mekaniska egenskaper. Dessa inkluderar: temperatur, frekvens, varaktighet eller belastningshastighet, typ av spänningstillstånd, tryck, miljöns natur, värmebehandling, etc. Ett kännetecken för de mekaniska egenskaperna hos polymermaterial är deras relativt höga hållfasthet vid mycket låg styvhet (jämfört med till metaller).

Polymerer delas vanligtvis in i solida, vars elasticitetsmodul motsvarar E=1–10 GPa (fibrer, filmer, plaster), och mjuka högelastiska ämnen, vars elasticitetsmodul är E=1– 10 MPa (gummi). Bådas mönster och förstörelsemekanism är olika.

Polymera material kännetecknas av en uttalad anisotropi av egenskaper, såväl som en minskning i styrka, utveckling av krypning under långvarig belastning. Tillsammans med dettahar relativt hög utmattningsmotstånd. Jämfört med metaller skiljer de sig i ett skarpare beroende av mekaniska egenskaper på temperatur. En av de viktigaste egenskaperna hos polymermaterial är deformerbarhet (böjlighet). Enligt denna parameter, inom ett brett temperaturområde, är det vanligt att utvärdera deras huvudsakliga operativa och tekniska egenskaper.

Polymergolvmaterial

Låt oss nu överväga ett av alternativen för den praktiska tillämpningen av polymerer, och avslöjar hela utbudet av dessa material. Dessa ämnen används i stor utsträckning inom bygg- och reparations- och slutbehandlingsarbeten, särskilt vid golvbeläggning. Den enorma populariteten förklaras av egenskaperna hos ämnena i fråga: de är motståndskraftiga mot nötning, har låg värmeledningsförmåga, har liten vattenabsorption, är ganska starka och hårda och har höga färg- och lackegenskaper. Produktionen av polymermaterial kan villkorligt delas in i tre grupper: linoleum (valsad), kakelprodukter och blandningar för installation av sömlösa golv. Låt oss ta en snabb titt på var och en nu.

Linoleum tillverkas på basis av olika typer av fyllmedel och polymerer. De kan också innefatta mjukgörare, processhjälpmedel och pigment. Beroende på typen av polymermaterial särskiljs polyester (glyftalsyra), polyvinylklorid, gummi, kolloxylin och andra beläggningar. Dessutom, enligt strukturen, är de uppdelade i baslösa och med en ljud- och värmeisolerande bas, enkellager och flerlager, med en slät, fleecyoch korrugerad yta, samt enkel och flerfärgad.

Kakelmaterial tillverkade på basis av polymerkomponenter har mycket låg nötning, kemisk beständighet och hållbarhet. Beroende på typen av råmaterial delas denna typ av polymerprodukter in i kumaron-polyvinylklorid, kumaron, polyvinylklorid, gummi, fenolit, bituminösa plattor samt spånskivor och fiberskivor.

Material för sömlösa golv är det bekvämaste och mest hygieniska att använda, de har hög hållfasthet. Dessa blandningar delas vanligtvis in i polymercement, polymerbetong och polyvinylacetat.