Полимерлік материалдар: технологиясы, түрлері, өндірісі және қолданылуы

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 10:33

Полимерлік материалдар – бір құрылымдағы көптеген шағын молекулалы мономерлерден (бірліктер) тұратын химиялық жоғары молекулалы қосылыстар. Көбінесе полимерлерді өндіру үшін келесі мономерлі компоненттер қолданылады: этилен, винилхлорид, винилдехлорид, винилацетат, пропилен, метилметакрилат, тетрафторэтилен, стирол, мочевина, меламин, формальдегид, фенол. Бұл мақалада біз полимерлік материалдардың не екенін, олардың химиялық және физикалық қасиеттерін, классификациясын және түрлерін егжей-тегжейлі қарастырамыз.

Полимерлер түрлері

Бұл материалдың молекулаларының ерекшелігі үлкен молекулалық салмақ болып табылады, ол келесі мәнге сәйкес келеді: М>5103. Бұл параметрдің деңгейі төмен (М=500-5000) қосылыстар олигомерлер деп аталады. Төмен молекулалық қосылыстарда массасы 500-ден аз. Полимерлі материалдардың келесі түрлері бөлінеді: синтетикалық және табиғи. Соңғыларына табиғи каучук, слюда, жүн, асбест, целлюлоза және т.б. жатады. Бірақ негізгі орынды төмен молекулалы қосылыстардан химиялық синтез процесі нәтижесінде алынатын синтетикалық полимерлер алады. Байланыстыжоғары молекулалық материалдарды алу әдісінен поликонденсация немесе қосу реакциясы арқылы жасалатын полимерлер ерекшеленеді.

Полимерлену

Бұл процесс ұзын тізбектерді алу үшін төмен молекулалық құрамдастарды жоғары молекулалық салмаққа біріктіру. Полимерлену деңгейі – берілген құрамдағы молекулалардағы «мерс» саны. Көбінесе полимерлік материалдарда мыңнан он мыңға дейін олардың бірлігі бар. Полимерлеу арқылы келесі жиі қолданылатын қосылыстар алынады: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, политетрафторэтилен, полистирол, полибутадиен және т.б.

Поликонденсация

Бұл процесс бір типті мономерлердің көп санын немесе әртүрлі топтардың (А және В) жұбын поликонденсаторларға (макромолекулаларға) біріктіруден тұратын сатылы реакция болып табылады. жанама өнімдер: метил спирті, көмірқышқыл газы, хлорсутек, аммиак, су және т.б. Поликонденсация силикондар, полисульфондар, поликарбонаттар, аминопластиктер, фенолды пластмассалар, полиэфирлер, полиамидтер және басқа полимерлі материалдар шығарады.

Көп қосымша

Бұл процесс қанықпаған топтардың мономерлеріне (белсенді циклдар немесе қос байланыстар) шектеуші реакция комбинациялары бар мономерлік компоненттерді көп рет қосу реакцияларының нәтижесінде полимерлердің түзілуін түсінеді. Поликонденсациядан айырмашылығы, полиқосу реакциясы жанама өнімдерсіз жүреді. Бұл технологияның ең маңызды процесі эпоксидті шайырларды өңдеу және полиуретанды өндіру болып табылады.

Полимерлердің классификациясы

Барлық полимерлі материалдардың құрамы бейорганикалық, органикалық және органоэлементтік болып бөлінеді. Олардың біріншісінде (силикат шыны, слюда, асбест, керамика және т.б.) атомдық көміртегі жоқ. Олар алюминий, магний, кремний және т.б. оксидтеріне негізделген. Органикалық полимерлер ең кең класты құрайды, олардың құрамында көміртегі, сутегі, азот, күкірт, галоген және оттегі атомдары бар. Органоэлементтік полимерлік материалдар – бұл негізгі тізбектерде аталғандардан басқа кремний, алюминий, титан атомдары және органикалық радикалдармен қосыла алатын басқа элементтер бар қосылыстар. Мұндай комбинациялар табиғатта кездеспейді. Бұл тек синтетикалық полимерлер. Бұл топтың сипатты өкілдері кремнийорганикалық негізіндегі қосылыстар болып табылады, олардың негізгі тізбегі оттегі мен кремний атомдарынан құрылған.

Қажетті қасиеттері бар полимерлерді алу үшін технология көбінесе «таза» заттарды емес, олардың органикалық немесе бейорганикалық компоненттермен комбинациясын пайдаланады. Жақсы мысал ретінде полимерлі құрылыс материалдарын келтіруге болады: металл пластик, пластмасса, шыны талшық, полимерлі бетон.

Полимерлердің құрылымы

Бұл материалдардың қасиеттерінің ерекшелігі олардың құрылымына байланысты, ол өз кезегінде келесі түрлерге бөлінеді: сызықты-тармақты, сызықтық, кеңістіктік.үлкен молекулалық топтармен және өте нақты геометриялық құрылымдармен, сондай-ақ баспалдақпен. Олардың әрқайсысына қысқаша тоқталайық.

Сызықтық тармақталған құрылымы бар полимерлік материалдарда молекулалардың негізгі тізбегінен басқа бүйір тармақтары болады. Бұл полимерлерге полипропилен және полиизобутилен кіреді.

Сызықтық құрылымы бар материалдарда ұзын ирек немесе спираль тізбектері болады. Олардың макромолекулалары бірінші кезекте буынның бір құрылымдық тобында немесе тізбектің химиялық бірлігіндегі учаскелердің қайталануымен сипатталады. Сызықтық құрылымы бар полимерлер тізбек бойындағы және олардың арасындағы байланыстардың табиғатында айтарлықтай айырмашылығы бар өте ұзын макромолекулалардың болуымен ерекшеленеді. Бұл молекулааралық және химиялық байланыстарға қатысты. Мұндай материалдардың макромолекулалары өте икемді. Және бұл қасиет полимерлік тізбектердің негізі болып табылады, ол сапалы жаңа сипаттамаларға әкеледі: жоғары серпімділік, сондай-ақ қатып қалған күйде сынғыштықтың болмауы.

Ал енді кеңістіктік құрылымы бар полимерлі материалдардың не екенін білейік. Бұл заттар макромолекулалар бір-бірімен қосылғанда көлденең бағытта күшті химиялық байланыстар түзеді. Нәтижесінде тордың біркелкі емес немесе кеңістіктік негізі бар торлы құрылым алынады. Бұл түрдегі полимерлер сызықтыққа қарағанда үлкен ыстыққа төзімділік пен қаттылыққа ие. Бұл материалдар көптеген құрылымдық металл емес заттардың негізі болып табылады.

Баспалдақ құрылымы бар полимерлі материалдардың молекулалары химиялық байланыс арқылы байланысқан жұп тізбектерден тұрады. Оларға жатадыжоғары қаттылығымен, ыстыққа төзімділігімен сипатталатын кремнийорганикалық полимерлер, сонымен қатар олар органикалық еріткіштермен әрекеттеспейді.

Полимерлердің фазалық құрамы

Бұл материалдар аморфты және кристалды аймақтардан тұратын жүйелер. Олардың біріншісі қаттылықты азайтуға көмектеседі, полимерді серпімді етеді, яғни үлкен қайтымды деформацияларға қабілетті. Кристаллдық фаза олардың беріктігін, қаттылығын, серпімділік модулін және басқа параметрлерін арттыруға көмектеседі, сонымен бірге заттың молекулалық икемділігін төмендетеді. Барлық осындай аумақтардың көлемінің жалпы көлемге қатынасы кристалдану дәрежесі деп аталады, мұнда максималды деңгейде (80% дейін) полипропилендер, фторопластар, жоғары тығыздықтағы полиэтилендер бар. Поливинилхлоридтер, тығыздығы төмен полиэтилендердің кристалдану дәрежесі төмен.

Қызған кезде полимерлі материалдардың әрекетіне байланысты олар әдетте термореактивті және термопластикалық болып бөлінеді.

Термосеттік полимерлер

Бұл материалдар негізінен сызықтық құрылымға ие. Қыздырған кезде олар жұмсарады, бірақ оларда болатын химиялық реакциялар нәтижесінде құрылым кеңістікке өзгереді, ал зат қатты затқа айналады. Болашақта бұл сапа сақталады. Полимерлі композициялық материалдар осы принцип бойынша салынған. Олардың кейінгі қыздыруы затты жұмсартпайды, тек оның ыдырауына әкеледі. Дайын термосеттік қоспасы ерімейді немесе балқымайды, сондықтаноны қайта өңдеуге рұқсат етілмейді. Материалдың бұл түріне эпоксидті силикон, фенолформальдегид және басқа шайырлар кіреді.

Термопластикалық полимерлер

Бұл материалдар қыздырылған кезде алдымен жұмсарады, содан кейін балқиды, содан кейін салқындаған кезде қатаяды. Термопластикалық полимерлер бұл өңдеу кезінде химиялық өзгерістерге ұшырамайды. Бұл процесті толығымен қайтымды етеді. Бұл түрдегі заттар макромолекулалардың сызықты тармақталған немесе сызықты құрылымына ие, олардың арасында шағын күштер әрекет етеді және химиялық байланыстар мүлдем болмайды. Оларға полиэтилендер, полиамидтер, полистиролдар және т.б. жатады. Термопластикалық типті полимерлік материалдардың технологиясы оларды сумен салқындатылған қалыптарда инъекциялық қалыптау, престеу, экструзия, үрлеу және басқа әдістермен өндіруді қарастырады.

Химиялық қасиеттері

Полимерлер келесі күйлерде болуы мүмкін: қатты, сұйық, аморфты, кристалдық фаза, сонымен қатар жоғары серпімді, тұтқыр және шыны тәрізді деформация. Полимерлі материалдарды кеңінен қолдану олардың концентрлі қышқылдар мен сілтілер сияқты әртүрлі агрессивті орталарға жоғары төзімділігіне байланысты. Олар электрохимиялық коррозияға ұшырамайды. Сонымен қатар, олардың молекулалық салмағының жоғарылауымен материалдың органикалық еріткіштерде ерігіштігі төмендейді. Ал үш өлшемді құрылымы бар полимерлер әдетте аталған сұйықтықтардың әсеріне ұшырамайды.

Физикалық қасиеттері

Полимерлер көпшілігі оқшаулағыш болып табылады, сонымен қатар олар магнитті емес материалдар. Қолданылатын барлық құрылымдық материалдардың ішінде тек оларда ең төмен жылу өткізгіштік және ең жоғары жылу сыйымдылығы, сондай-ақ термиялық шөгу (металлға қарағанда шамамен жиырма есе көп). Төмен температура жағдайында әртүрлі тығыздағыш тораптардың тығыздығын жоғалту себебі резеңкенің шыны ауысуы деп аталатын, сонымен қатар шыныланған күйдегі металдар мен каучуктардың кеңею коэффициенттерінің күрт айырмашылығы болып табылады.

Механикалық қасиеттері

Полимерлік материалдардың механикалық сипаттамаларының кең ауқымы бар, олар құрылымына өте тәуелді. Бұл параметрден басқа, әртүрлі сыртқы факторлар заттың механикалық қасиеттеріне үлкен әсер етуі мүмкін. Оларға мыналар жатады: температура, жиілік, жүктеменің ұзақтығы немесе жылдамдығы, кернеу күйінің түрі, қысым, қоршаған ортаның табиғаты, термиялық өңдеу және т.б. Полимерлі материалдардың механикалық қасиеттерінің ерекшелігі олардың өте төмен қаттылық кезінде салыстырмалы түрде жоғары беріктігі болып табылады (салыстырмалы түрде металдарға).

Полимерлер әдетте серпімділік модулі E=1–10 ГПа (талшықтар, пленкалар, пластмассалар) сәйкес келетін қатты заттарға және серпімділік модулі E=1– болатын жұмсақ жоғары серпімді заттарға бөлінеді. 10 МПа (резеңке). Екеуінің де жойылу заңдылықтары мен механизмі әртүрлі.

Полимерлік материалдар қасиеттердің айқын анизотропиясымен, сонымен қатар беріктіктің төмендеуімен, ұзақ жүктеме кезінде сусымалылықтың дамуымен сипатталады. Осымен бірге оларсалыстырмалы түрде жоғары шаршауға төзімділігі бар. Металдармен салыстырғанда олар механикалық қасиеттерінің температураға тәуелділігімен ерекшеленеді. Полимерлі материалдардың негізгі сипаттамаларының бірі деформациялану (иілгіштік) болып табылады. Осы параметрге сәйкес кең температура диапазонында олардың негізгі пайдалану және технологиялық қасиеттерін бағалау әдеттегідей.

Полимерлі еденге арналған материалдар

Енді осы материалдардың толық спектрін аша отырып, полимерлерді практикалық қолдану нұсқаларының бірін қарастырайық. Бұл заттар құрылыс-жөндеу және әрлеу жұмыстарында, атап айтқанда еден төсеуде кеңінен қолданылады. Үлкен танымалдылық қаралатын заттардың сипаттамаларымен түсіндіріледі: олар тозуға төзімді, төмен жылу өткізгіштікке ие, суды аз сіңіреді, жеткілікті күшті және қатты, сонымен қатар жоғары бояу мен лак қасиеттеріне ие. Полимерлі материалдарды өндіруді шартты түрде үш топқа бөлуге болады: линолеумдар (прокат), плитка бұйымдары және жіксіз едендерді орнатуға арналған қоспалар. Енді әрқайсысына қысқаша тоқталайық.

Линолеумдар әр түрлі толтырғыштар мен полимерлердің негізінде жасалады. Олар сондай-ақ пластификаторларды, өңдеу құралдарын және пигменттерді қамтуы мүмкін. Полимерлі материалдың түріне қарай полиэфир (глифтал), поливинилхлорид, каучук, коллоксилин және басқа жабындар бөлінеді. Сонымен қатар, құрылымы бойынша олар негізсіз және дыбыс және жылу оқшаулағыш негізі бар, бір қабатты және көп қабатты, тегіс, жүнді болып бөлінеді.және гофрленген беті, сондай-ақ бір және көп түсті.

Полимерлі компоненттер негізінде жасалған плиткалы материалдардың тозуға төзімділігі, химиялық төзімділігі және беріктігі өте төмен. Шикізат түріне қарай полимер бұйымдарының бұл түрі кумарон-поливинилхлорид, кумарон, поливинилхлорид, каучук, фенолит, битумды плиткалар, сондай-ақ ДСП және ДВП болып бөлінеді.

Жіксіз еденге арналған материалдар пайдалану үшін ең ыңғайлы және гигиеналық болып табылады, олардың беріктігі жоғары. Бұл қоспалар әдетте полимер цемент, полимер бетон және поливинилацетат болып бөлінеді.