Палімерныя матэрыялы: тэхналогія, віды, вытворчасць і прымяненне

Палімерныя матэрыялы - гэта хімічныя высокамалекулярныя злучэнні, якія складаюцца з шматлікіх маломолекулярных мономеров (звёнаў) аднолькавага будынкі. Часта для вырабу палімераў выкарыстоўваюць наступныя мономерные кампаненты: этылен, вінілхларыд, винилденхлорид, вінілацэтату, прапілен, метилметакрилат, тетрафторэтилен, стырол, мачавіну, меламін, фармальдэгід, фенол. У дадзеным артыкуле мы падрабязна разгледзім, што такое палімерныя матэрыялы, якія іх хімічныя і фізічныя ўласцівасці, класіфікацыя і віды.

віды палімераў

Асаблівасцю малекул дадзенага матэрыялу з'яўляецца вялікая малекулярная маса, якая адпавядае наступнага значэнні: М> 5 * 103. Злучэння з меншым узроўнем гэтага параметру (М = 500-5000) прынята называць олигомерами. У нізкамалекулярных злучэнняў маса менш 500. Адрозніваюць наступныя віды палімерных матэрыялаў: сінтэтычныя і прыродныя. Да апошніх прынята адносіць натуральны каўчук, лушчак, шэрсць, азбест, цэлюлозу і т. Д. Аднак асноўнае месца займаюць палімеры сінтэтычнага характару, якія атрымліваюць у выніку працэсу хімічнага сінтэзу з злучэнняў нізкамалекулярных ўзроўню. У залежнасці ад метаду вырабу высокамалекулярных матэрыялаў, адрозніваюць палімеры, якія створаны або шляхам полікандэнсацыі, або з дапамогай рэакцыі далучэння.

полімерызацыя

Гэты працэс уяўляе сабой аб'яднанне нізкамалекулярных кампанентаў у высокамалекулярныя з атрыманнем доўгіх ланцугоў. Велічыня ўзроўню полімерызацыі - гэта колькасць «Мэрова» у малекулах дадзенага складу. Часцей за ўсё палімерныя матэрыялы ўтрымліваюць ад тысячы да дзесяці тысяч іх адзінак. Шляхам полімерызацыі атрымліваюць наступныя часта прымяняюцца злучэння: поліэтылен, поліпрапілен, полівінілхларыду, политетрафторэтилен, полістырол, полибутадиен і інш.

полікандэнсацыі

Дадзены працэс уяўляе сабой ступеністую рэакцыю, якая заключаецца ў злучэнні або вялікай колькасці аднатыпных мономеров, або пары розных груп (А і Б) у поликонденсаторы (макрамалекулы) з адначасовым адукацыяй наступных пабочных прадуктаў: метылавага спірту, дыяксіду вугляроду, Хлоравадарод, аміяку, вады і інш. Пры дапамозе полікандэнсацыі атрымліваюць сіліконы, полисульфоны, полікарбанаты, аминопласты, фенопласты, поліэстэр, поліаміды і іншыя палімерныя матэрыялы.

Полиприсоединение

Пад дадзеным працэсам разумеюць адукацыю палімераў у выніку рэакцый множнага далучэння мономерных кампанентаў, якія ўтрымліваюць гранічныя рэакцыйныя аб'яднання, да мономера непредельных груп (актыўныя цыклы або двайныя сувязі). У адрозненне ад полікандэнсацыі, рэакцыя полиприсоединения працякае без вылучэнняў пабочных прадуктаў. Найважнейшым працэсам дадзенай тэхналогіі лічаць отвержденія эпаксідных смол і атрыманне полиуретанов.

класіфікацыя палімераў

Па складзе ўсе палімерныя матэрыялы дзеляцца на неарганічныя, арганічныя і элементоорганические. Першыя з іх (сілікатнае шкло, лушчак, азбест, кераміка і інш.) Не ўтрымліваюць атамарным вуглярод. Іх асновай з'яўляюцца аксіды алюмінію, магнію, крэмнія і т. Д. Арганічныя палімеры складаюць найбольш шырокі клас, яны ўтрымліваюць атамы вугляроду, вадароду, азоту, серы, галаген і кіслароду. Элементоорганические палімерныя матэрыялы - гэта злучэння, якія ў складзе асноўных ланцугоў маюць, акрамя пералічаных, і атамы крэмнію, алюмінія, тытана і іншых элементаў, здольных спалучацца з арганічнымі радыкаламі. У прыродзе такія камбінацыі не ўзнікаюць. Гэта выключна сінтэтычныя палімеры. Характэрнымі прадстаўнікамі гэтай групы з'яўляюцца злучэння на кремнийорганической аснове, галоўная ланцуг якіх будуецца з атамаў кіслароду і крэмнію.

Для атрымання палімераў з неабходнымі ўласцівасцямі ў тэхніцы часцяком выкарыстоўваюць не «чыстыя» рэчывы, а іх спалучэнні з арганічнымі або неарганічнымі кампанентамі. Добрым прыкладам служаць палімерныя будаўнічыя матэрыялы: металапласт, пластмасы, шклапластыка, полимербетоны.

структура палімераў

Своеасаблівасць уласцівасцяў гэтых матэрыялаў абумоўлена іх структурай, якая, у сваю чаргу, дзеліцца на наступныя віды: лінейна-разгалінаваная, лінейная, прасторавая з вялікімі малекулярнымі групамі і вельмі спецыфічнымі геаметрычнымі будынкамі, а таксама лесвічная. Разгледзім сцісла кожную з іх.

Палімерныя матэрыялы з лінейна-разгалінаванай структурай, акрамя асноўнай ланцугу малекул, маюць бакавыя адгалінаванні. Да такіх палімерах ставяцца поліпрапілен і полиизобутилен.

Матэрыялы з лінейнай структурай маюць доўгія зігзагападобныя альбо закручаныя ў спіралі ланцужкі. Іх макрамалекулы перш за ўсё характарызуюцца паўтарэння участкаў у адной структурнай групе звяна небудзь хімічнай адзінкі ланцуга. Палімеры з лінейнай структурай адрозніваюцца наяўнасцю вельмі доўгіх макрамалекул са значным адрозненнем характару сувязяў ўздоўж ланцуга і паміж імі. Маюцца на ўвазе межмолекулярные і хімічныя сувязі. Макрамалекулы такіх матэрыялаў вельмі гнуткія. І гэта ўласцівасць з'яўляецца асновай палімерных ланцугоў, якая прыводзіць да якасна новым характарыстыках: высокай эластычнасці, а таксама адсутнасці далікатнасці ў зацвярдзелым стане.

А зараз даведаемся, што такое палімерныя матэрыялы з прасторавай структурай. Гэтыя рэчывы ўтвараюць пры аб'яднанні паміж сабой макрамалекул трывалыя хімічныя сувязі ў папярочным кірунку. У выніку атрымліваецца сеткаватая структура, у якой неаднастайная альбо прасторавая аснова сеткі. Палімеры гэтага тыпу валодаюць большай цеплаўстойлівасцю і калянасцю, чым лінейныя. Гэтыя матэрыялы з'яўляюцца асновай шматлікіх канструкцыйных неметалічных рэчываў.

Малекулы палімерных матэрыялаў з лесвічнай структурай складаюцца з пары ланцугоў, якія злучаныя хімічнай сувяззю. Да іх ставяцца кремнийорганические палімеры, якія характарызуюцца падвышанай калянасцю, тэрмаўстойлівасцю, акрамя таго, яны не ўзаемадзейнічаюць з арганічнымі растваральнікамі.

Фазавы склад палімераў

Дадзеныя матэрыялы ўяўляюць сабой сістэмы, якія складаюцца з аморфных і крышталічных абласцей. Першая з іх спрыяе зніжэнню калянасці, робіць палімер эластычным, то ёсць здольным да вялікіх дэфармацыям зварачальна характару. Крышталічная фаза спрыяе павелічэнню іх трываласці, цвёрдасці, модуля пругкасці, а таксама іншых параметраў, адначасова зніжаючы малекулярную гнуткасць рэчывы. Стаўленне аб'ёму ўсіх такіх абласцей да агульнага аб'ёму называецца ступенню крышталізацыі, дзе максімальны ўзровень (да 80%) маюць поліпрапілена, фтарапласт, поліэтылену высокай шчыльнасці. Меншым узроўнем ступені крышталізацыі валодаюць полівінілхларыду, поліэтылену нізкай шчыльнасці.

У залежнасці ад таго, як паводзяць сябе палімерныя матэрыялы пры нагрэве, іх прынята дзяліць на термореактивные і термопластичные.

Термореактивные палімеры

Дадзеныя матэрыялы першасна маюць лінейную структуру. Пры нагрэве яны размягчаются, аднак у выніку праходжанні ў іх хімічных рэакцый будынак мяняецца на прасторавае, і рэчыва ператвараецца ў цвёрдае. У далейшым гэтая якасць захоўваецца. На гэтым прынцыпе пабудаваны палімерныя кампазіцыйныя матэрыялы. Наступны іх нагрэў ня размягчает рэчыва, а прыводзіць толькі да яго раскладанню. Гатовая термореактивная сумесь не раствараецца і не плавіцца, таму недапушчальная яе паўторная перапрацоўка. Да гэтага вiду матэрыялаў ставяцца эпаксідныя кремнийорганические, фенолу-фармальдэгідныя і іншыя смалы.

Термопластичные палімеры

Дадзеныя матэрыялы пры нагрэве спачатку размякчаюцца і потым плавяцца, а пры наступным астуджэнні дубянеюць. Термопластичные палімеры пры такой апрацоўцы не перажываюць хімічных змяненняў. Гэта робіць дадзены працэс цалкам зварачальным. Рэчывы гэтага тыпу маюць лінейна-разгалінаваную або лінейную структуру макрамалекул, паміж якімі дзейнічаюць малыя сілы і зусім няма хімічных сувязяў. Да іх ставяцца поліэтылену, поліаміды, полістырол і інш. Тэхналогія палімерных матэрыялаў термопластичного тыпу прадугледжвае іх выраб метадам ліцця пад ціскам у водоохлажденных формах, прасавання, экструзіі, выдзімання і іншымі спосабамі.

хімічныя ўласцівасці

Палімеры могуць перабываў ў наступных станах: цвёрдае, вадкае, аморфнае, крышталічнае фазавае, а таксама высокоэластическое, вязкотекучее і стеклообразное дэфармацыйнае. Шырокае прымяненне палімерных матэрыялаў абумоўлена іх высокай устойлівасцю да розных агрэсіўным серадах, такім як канцэнтраваныя кіслаты і лугам. Яны не схільныя ўздзеянню электрахімічнай карозіі. Акрамя таго, з павелічэннем іх малекулярнай масы адбываецца зніжэнне растваральнасці матэрыялу ў арганічных растваральніках. А палімеры, якія валодаюць прасторавай структурай, наогул не схільныя ўздзеянню згаданых вадкасцяў.

фізічныя ўласцівасці

Большасць палімераў з'яўляюцца дыэлектрыкамі, акрамя таго, яны ставяцца да немагнітных матэрыялах. З усіх выкарыстоўваюцца канструкцыйных рэчываў толькі яны валодаюць найменшай цеплаправоднасцю і найбольшай цеплаёмістасцю, а таксама цеплавой усаджваннем (прыкладна ў дваццаць разоў больш, чым у металу). Прычынай страт герметычнасці рознымі ушчыльняльнымі вузламі пры ўмовах нізкай тэмпературы з'яўляецца так званае стеклование гумы, а таксама рэзкае адрозненне паміж каэфіцыентамі пашырэння металаў і гум ў застеклованном стане.

механічныя ўласцівасці

Палімерныя матэрыялы адрозніваюцца шырокім дыяпазонам механічных характарыстык, якія моцна залежаць ад іх структуры. Акрамя гэтага параметру, вялікі ўплыў на механічныя ўласцівасці рэчывы могуць аказаць розныя знешнія фактары. Да іх адносяцца: тэмпература, частата, працягласць або хуткасць нагруженія, выгляд напружанага стану, ціск, характар навакольнага асяроддзя, тэрмаапрацоўка і інш. Асаблівасцю механічных уласцівасцяў палімерных матэрыялаў з'яўляецца іх адносна высокая трываласць пры вельмі малой калянасці (у параўнанні з металамі).

Палімеры прынята дзяліць на цвёрдыя, модуль пругкасці якіх адпавядае Е = 1-10 гПа (валакна, плёнкі, пластмасы), і мяккія высокоэластичные рэчывы, модуль пругкасці якіх складае Е = 1-10 МПа (гумы). Заканамернасці і механізм разбурэння тых і іншых розныя.

Для палімерных матэрыялаў характэрныя ярка выяўленая анізатрапіі уласцівасцяў, а таксама зніжэнне трываласці, развіццё паўзучасці пры ўмове працяглага нагруженія. Змясці з гэтым яны валодаюць даволі высокім супрацівам стомленасці. У параўнанні з металамі, яны адрозніваюцца больш рэзкай залежнасцю механічных уласцівасцяў ад тэмпературы. Адной з галоўных характарыстык палімерных матэрыялаў з'яўляецца дэфармуемага (згодлівасць). Па гэтым параметры ў шырокім тэмпературным інтэрвале прынята ацэньваць іх асноўныя эксплуатацыйныя і тэхналагічныя ўласцівасці.

Палімерныя матэрыялы для падлогі

Зараз разгледзім адзін з варыянтаў практычнага прымянення палімераў, які раскрывае ўсю магчымую гаму гэтых матэрыялаў. Гэтыя рэчывы знайшлі шырокае прымяненне ў будаўніцтве і рамонтна-аздобных працах, у прыватнасці ў пакрыцці падлог. Велізарная папулярнасць тлумачыцца характарыстыкамі разгляданых рэчываў: яны ўстойлівыя да сцірання, малотеплопроводны, маюць нязначнае водапаглынанне, досыць трывалыя і цьвёрдыя, валодаюць высокімі лакафарбавымі якасцямі. Вытворчасць палімерных матэрыялаў можна падзяліць умоўна на тры групы: лінолеўма (рулонныя), пліткавыя вырабы і сумесі для прылады бясшвовых падлог. Цяпер сцісла разгледзім кожны з іх.

Лінолеўм вырабляюць на аснове розных тыпаў напаўняльнікаў і палімераў. У іх склад таксама могуць уваходзіць пластыфікатары, тэхналагічныя дабаўкі і пігменты. У залежнасці ад тыпу палімернага матэрыялу, адрозніваюць поліэфірныя (глифталевые), поливинилхлоридные, гумовыя, коллоксилиновые і іншыя пакрыцця. Акрамя таго, па структуры яны дзеляцца на безосновные і са гука-, цеплаізалюючая асновай, аднаслаёвыя і шматслойныя, з гладкай, варсістыя і рыфленай паверхняй, а таксама адно-і шматколерныя.

Пліткавыя матэрыялы, вырабленыя на аснове палімерных кампанентаў, валодаюць вельмі малой сціральнасць, хімічнай устойлівасцю і даўгавечнасцю. У залежнасці ад тыпу сыравіны, гэты від палімернай прадукцыі дзеляць на кумаронополивинилхлоридные, кумароновые, поливинилхлоридные, гумовыя, фенолитовые, бітумныя пліткі, а таксама древесностружечные і драўнянавалакністыя пліты.

Матэрыялы для бясшвовых падлог з'яўляюцца найбольш зручнымі і гігіенічнымі ў эксплуатацыі, яны валодаюць высокай трываласцю. Гэтыя сумесі прынята дзяліць на полимерцемент, полимербетон і поливинилацетат.