Polimeermateriaal: tegnologie, tipes, produksie en toepassing

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 10:16

Polymeriese materiale is chemiese hoë-molekulêre verbindings wat bestaan uit talle klein-molekulêre monomere (eenhede) van dieselfde struktuur. Dikwels word die volgende monomere komponente vir die vervaardiging van polimere gebruik: etileen, vinielchloried, vinieldechloried, vinielasetaat, propileen, metielmetakrilaat, tetrafluoretileen, stireen, ureum, melamien, formaldehied, fenol. In hierdie artikel sal ons in detail oorweeg wat polimeriese materiale is, wat hul chemiese en fisiese eienskappe, klassifikasie en tipes is.

Tipe polimere

'n Kenmerk van die molekules van hierdie materiaal is 'n groot molekulêre gewig, wat ooreenstem met die volgende waarde: М>5103. Verbindings met 'n laer vlak van hierdie parameter (M=500-5000) word oligomere genoem. In verbindings met 'n lae molekulêre gewig is die massa minder as 500. Die volgende tipes polimeriese materiale word onderskei: sinteties en natuurlik. Laasgenoemde sluit in natuurlike rubber, mika, wol, asbes, sellulose, ens. Die hoofplek word egter ingeneem deur sintetiese polimere, wat verkry word as gevolg van 'n chemiese sinteseproses uit lae-molekulêre gewig verbindings. afhangendevan die metode om hoë-molekulêre materiale te vervaardig, word polimere onderskei, wat óf deur polikondensasie óf deur 'n addisiereaksie geskep word.

polimerisasie

Hierdie proses is 'n kombinasie van lae molekulêre gewig komponente in hoë molekulêre gewig om lang kettings te verkry. Die vlak van polimerisasie is die aantal "mere" in die molekules van 'n gegewe samestelling. Dikwels bevat polimeriese materiale duisend tot tienduisend van hul eenhede. Die volgende algemeen gebruikte verbindings word deur polimerisasie verkry: poliëtileen, polipropileen, polivinielchloried, politetrafluoretileen, polistireen, polibutadieen, ens.

Polykondensasie

Hierdie proses is 'n stapsgewyse reaksie, wat bestaan uit die kombinasie van óf 'n groot aantal monomere van dieselfde tipe, óf 'n paar verskillende groepe (A en B) in polikapasitors (makromolekules) met die gelyktydige vorming van die volgende neweprodukte: metielalkohol, koolstofdioksied, waterstofchloried, ammoniak, water, ens. Polikondensasie produseer silikone, polisulfone, polikarbonate, aminoplastiek, fenoliese plastiek, poliësters, poliamiede en ander polimeriese materiale.

Polyaddition

Hierdie proses word verstaan as die vorming van polimere as gevolg van reaksies van meervoudige toevoeging van monomere komponente wat beperkende reaksiekombinasies tot monomere van onversadigde groepe (aktiewe siklusse of dubbelbindings) bevat. Anders as polikondensasie, verloop die polyaddisie-reaksie sonder enige neweprodukte. Die belangrikste proses van hierdie tegnologie is die uitharding van epoksieharse en die vervaardiging van poliuretane.

Klassifikasie van polimere

Die samestelling van alle polimeriese materiale word in anorganiese, organiese en organo-elemente verdeel. Die eerste daarvan (silikaatglas, mika, asbes, keramiek, ens.) Bevat nie atoomkoolstof nie. Hulle is gebaseer op oksiede van aluminium, magnesium, silikon, ens. Organiese polimere vorm die mees uitgebreide klas, hulle bevat koolstof-, waterstof-, stikstof-, swael-, halogeen- en suurstofatome. Organo-element polimeriese materiale is verbindings wat in die hoofkettings, benewens dié wat gelys is, atome van silikon, aluminium, titanium en ander elemente het wat met organiese radikale kan kombineer. Sulke kombinasies kom nie in die natuur voor nie. Dit is uitsluitlik sintetiese polimere. Kenmerkende verteenwoordigers van hierdie groep is organosilikoon-gebaseerde verbindings, waarvan die hoofketting uit suurstof- en silikonatome gebou is.

Om polimere met die vereiste eienskappe te verkry, gebruik tegnologie dikwels nie "suiwer" stowwe nie, maar hul kombinasies met organiese of anorganiese komponente. 'n Goeie voorbeeld is polimeerboumateriaal: metaal-plastiek, plastiek, veselglas, polimeerbeton.

Struktuur van polimere

Die eienaardigheid van die eienskappe van hierdie materiale is te danke aan hul struktuur, wat op sy beurt in die volgende tipes verdeel word: lineêr-vertakt, lineêr, ruimtelikmet groot molekulêre groepe en baie spesifieke geometriese strukture, asook trap. Kom ons kyk kortliks na elkeen van hulle.

Polimeriese materiale met 'n lineêr vertakte struktuur, benewens die hoofketting van molekules, het sytakke. Hierdie polimere sluit polipropileen en poliisobutileen in.

Materiale met 'n lineêre struktuur het lang sigsag- of spiraalkettings. Hul makromolekules word hoofsaaklik gekenmerk deur herhalings van terreine in een strukturele groep van 'n skakel of chemiese eenheid van die ketting. Polimere met 'n lineêre struktuur word onderskei deur die teenwoordigheid van baie lang makromolekules met 'n beduidende verskil in die aard van bindings langs die ketting en tussen hulle. Dit verwys na intermolekulêre en chemiese bindings. Die makromolekules van sulke materiale is baie buigsaam. En hierdie eienskap is die basis van polimeerkettings, wat lei tot kwalitatief nuwe eienskappe: hoë elastisiteit, sowel as die afwesigheid van brosheid in die geneesde toestand.

En kom ons vind nou uit wat polimeriese materiale met 'n ruimtelike struktuur is. Hierdie stowwe vorm, wanneer makromolekules met mekaar gekombineer word, sterk chemiese bindings in die dwarsrigting. As gevolg hiervan word 'n maasstruktuur verkry, wat 'n nie-eenvormige of ruimtelike basis van die maas het. Polimere van hierdie tipe het groter hittebestandheid en styfheid as lineêre. Hierdie materiale is die basis van baie strukturele nie-metaalstowwe.

Molekules van polimeermateriale met 'n leerstruktuur bestaan uit 'n paar kettings wat deur 'n chemiese binding verbind is. Dit sluit inorganosilikoonpolimere, wat gekenmerk word deur verhoogde styfheid, hittebestandheid, daarbenewens het hulle nie interaksie met organiese oplosmiddels nie.

Fasesamestelling van polimere

Hierdie materiale is sisteme wat uit amorfe en kristallyne streke bestaan. Die eerste daarvan help om styfheid te verminder, maak die polimeer elasties, dit wil sê in staat tot groot omkeerbare vervormings. Die kristallyne fase help om hul sterkte, hardheid, elastiese modulus en ander parameters te verhoog, terwyl die molekulêre buigsaamheid van die stof verminder word. Die verhouding van die volume van al sulke areas tot die totale volume word die graad van kristallisasie genoem, waar die maksimum vlak (tot 80%) polipropileen, fluoroplaste, hoëdigtheid poliëtilene het. Polivinielchloriede, laedigtheid poliëtilene het 'n laer graad van kristallisasie.

Afhangende van hoe polimeermateriale optree wanneer dit verhit word, word hulle gewoonlik in termohardende en termoplasties verdeel.

Termogeharde polimere

Hierdie materiale het hoofsaaklik 'n lineêre struktuur. Wanneer hulle verhit word, word hulle sag, maar as gevolg van chemiese reaksies wat daarin voorkom, verander die struktuur na 'n ruimtelike een, en die stof verander in 'n vaste stof. In die toekoms word hierdie kwaliteit gehandhaaf. Polimeer saamgestelde materiale word op hierdie beginsel gebou. Die daaropvolgende verhitting versag nie die stof nie, maar lei net tot die ontbinding daarvan. Die voltooide termohardende mengsel los dus nie op of smelt niedit word nie toegelaat om dit te herwin nie. Hierdie tipe materiaal sluit epoksiesilikoon, fenol-formaldehied en ander harse in.

Termoplastiese polimere

Hierdie materiale, wanneer dit verhit word, word eers sag en dan smelt, en dan hard wanneer dit afgekoel word. Termoplastiese polimere ondergaan nie chemiese veranderinge tydens hierdie behandeling nie. Dit maak die proses heeltemal omkeerbaar. Stowwe van hierdie tipe het 'n lineêr-vertakte of lineêre struktuur van makromolekules, waartussen klein kragte inwerk en daar absoluut geen chemiese bindings is nie. Dit sluit poliëtilene, poliamiede, polistirene, ens.

Chemiese eienskappe

Polimere kan in die volgende toestande wees: vaste, vloeibare, amorfe, kristallyne fase, sowel as hoogs elastiese, viskose en glasagtige vervorming. Die wydverspreide gebruik van polimeriese materiale is te danke aan hul hoë weerstand teen verskeie aggressiewe media, soos gekonsentreerde sure en alkalieë. Hulle is nie onderhewig aan elektrochemiese korrosie nie. Daarbenewens, met 'n toename in hul molekulêre gewig, verminder die oplosbaarheid van die materiaal in organiese oplosmiddels. En polimere, wat 'n driedimensionele struktuur het, word oor die algemeen nie deur die genoemde vloeistowwe geraak nie.

Fisiese eienskappe

Die meeste polimere is isoleerders, boonop is dit nie-magnetiese materiale. Van al die strukturele materiale wat gebruik word, het net hulle die laagste termiese geleidingsvermoë en die hoogste hittekapasiteit, sowel as termiese krimping (ongeveer twintig keer meer as dié van metaal). Die rede vir die verlies aan digtheid van verskeie seëlsamestellings onder lae temperatuur toestande is die sogenaamde glasoorgang van rubber, asook die skerp verskil tussen die uitsettingskoëffisiënte van metale en rubbers in die verglaasde toestand.

Meganiese eienskappe

Polymeriese materiale het 'n wye reeks meganiese eienskappe, wat baie afhanklik is van hul struktuur. Benewens hierdie parameter kan verskeie eksterne faktore 'n groot invloed op die meganiese eienskappe van 'n stof hê. Dit sluit in: temperatuur, frekwensie, duur of tempo van laai, tipe spanningtoestand, druk, aard van die omgewing, hittebehandeling, ens. 'n Kenmerk van die meganiese eienskappe van polimeriese materiale is hul relatief hoë sterkte teen baie lae styfheid (in vergelyking met aan metale).

Polimere word gewoonlik verdeel in soliede stowwe waarvan die elastiese modulus ooreenstem met E=1–10 GPa (vesels, films, plastiek), en sagte hoogs elastiese stowwe, waarvan die elastiese modulus E=1– is 10 MPa (rubber). Die patrone en meganisme van vernietiging van albei verskil.

Polimeriese materiale word gekenmerk deur 'n uitgesproke anisotropie van eienskappe, sowel as 'n afname in sterkte, die ontwikkeling van kruip onder langtermynlading. Hiermee saam het hullehet 'n relatief hoë weerstand teen moegheid. In vergelyking met metale verskil hulle in 'n skerper afhanklikheid van meganiese eienskappe van temperatuur. Een van die hoofkenmerke van polimeriese materiale is vervormbaarheid (plooibaarheid). Volgens hierdie parameter, in 'n wye temperatuurreeks, is dit gebruiklik om hul belangrikste operasionele en tegnologiese eienskappe te evalueer.

polimeervloermateriaal

Kom ons kyk nou na een van die opsies vir die praktiese toepassing van polimere, wat die volle reeks van hierdie materiale onthul. Hierdie stowwe word wyd gebruik in konstruksie en herstelwerk en afwerking, veral in vloere. Die groot gewildheid word verklaar deur die eienskappe van die betrokke stowwe: hulle is bestand teen skuur, het lae termiese geleidingsvermoë, het min waterabsorpsie, is redelik sterk en hard, en het hoë verf- en verniskwaliteite. Die vervaardiging van polimeriese materiale kan voorwaardelik in drie groepe verdeel word: linoleums (gerol), teëlprodukte en mengsels vir die installering van naatlose vloere. Kom ons kyk nou vinnig na elkeen.

Linoleums word gemaak op grond van verskillende tipes vullers en polimere. Dit kan ook weekmakers, verwerkingshulpmiddels en pigmente insluit. Afhangende van die tipe polimeermateriaal, word poliëster (gliftaal), polivinielchloried, rubber, kolloksilien en ander bedekkings onderskei. Daarbenewens, volgens die struktuur, is hulle verdeel in basislose en met 'n klank- en hitte-isolerende basis, enkellaag en meerlaag, met 'n gladde, vliesendeen geriffelde oppervlak, sowel as enkel- en veelkleurige.

Geteëlde materiale wat op die basis van polimeerkomponente gemaak word, het baie lae skuur, chemiese weerstand en duursaamheid. Afhangende van die tipe grondstof, word hierdie tipe polimeerprodukte verdeel in kumaroon-polivinielchloried, kumaroon, polivinielchloried, rubber, fenoliet, bitumineuse teëls, asook spaanderbord en veselbord.

Materiale vir naatlose vloere is die gerieflikste en higiëniesste om te gebruik, hulle het hoë sterkte. Hierdie mengsels word gewoonlik verdeel in polimeersement, polimeerbeton en polivinielasetaat.