Полимерлік материалдар: технология, түрлері, өндіру және қолдану

Полимерлік материалдар химиялық макромолекулалық қосылыстар болып табылады, олар сол құрылымның көптеген төмен молекулалық массасы бар мономерлерден тұрады. Көптеген жағдайларда полимерлерді өндіру үшін келесідей мономерлік компоненттер қолданылады: этилен, винилхлорид, винилиденхлорид, винилацетат, пропилен, метилметакрилат, тетрафторэтилен, стирол, мочевина, меламин, формальдегид, фенол. Бұл мақалада полимерлі материалдардың қандай химиялық және физикалық қасиеттері, жіктелуі және түрлері бар екенін егжей-тегжейлі қарастырамыз.

Полимерлердің түрлері

Бұл материалдың молекулаларының ерекшелігі мынадай молекулярлық масса болып табылады: M> 5 * 103. Осы параметрдің төменгі деңгейі бар қосылыстар (M = 500-5000) әдетте олигомер деп аталады. Төмен молекулалық қосылыстарда массасы 500-ден аз. Полимерлік материалдардың мынадай түрлері бөлінеді: синтетикалық және табиғи. Соңғысына табиғи резеңке, слюда, жүн, асбест, целлюлоза және басқалары кіреді. Алайда негізгі орынды төмен молекулалық салмақ қосылыстарынан алынған химиялық синтез процесі нәтижесінде алынған синтетикалық полимерлер алады. Жоғары молекулалық материалдарды алу әдісіне қарай поликонденсация немесе қоспа реакциясы арқылы жасалған полимерлер ерекшеленеді.

Полимерлеу

Бұл процесс ұзын тізбектерді алу үшін жоғары молекулалық массаның құрамында молекулярлық салмақты компоненттердің тіркесімі болып табылады. Полимерлеу деңгейінің шамасы - бұл құрамның молекулаларындағы «шаралар» саны. Көп жағдайда полимерлі материалдар мыңнан он мыңға дейін бірлікке жетеді. Полимерлеу арқылы полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, политетрафторэтилен, полистирол, полибутадиен және т.б.

Поликонденсация

Бұл процесс - бір мезгілде бірдей типтегі мономерлердің немесе A (B) жұптарының (A және B) поликонденсорларға (макромолекулаларға) бір мезгілде келесі қоспа өнімдерін: метил спирті, көмірқышқыл газы, сутегі хлориді, аммиак, су және Поликонденсация силикондарды, полисульфондарды, поликарбонаттарды, аминопласттарды, фенолды, полиэфирлерді, полиамидтерді және басқа да полимер материалдарды шығарады.

Polyaddition

Бұл үрдіс ненасыщенбеген топтардың мономерлеріне (белсенді сақиналар немесе қосарланған байланыстар) мұқият реакция пулдарын қамтитын мономерлі компоненттердің көп қабатты қосылыстар реакцияларының нәтижесінде полимерлердің қалыптасуын білдіреді. Поликонденсациядан айырмашылығы, полиадиляция реакциясы жанама өнімдерді оқшауламай жалғастырады. Бұл технологияның ең маңызды процесі эпоксидті шайырларды емдеу және полиуретандарды өндіру болып табылады.

Полимерлердің жіктелуі

Композицияда барлық полимерлі материалдар бейорганикалық, органикалық және элементарлы болып бөлінеді. Біріншісі (силикатты шыны, слюда, асбест, керамика және т.б.) атомдық көміртек жоқ. Олардың негізі - алюминийдің, магнийдің, кремнийдің және т.б. органикалық оксидтер. Органикалық полимерлер - ең кең сынып, көміртек, сутек, азот, күкірт, галоген және оттегі атомдары. Органикалық-полимерлік материалдар - тізбектерден басқа, кремний, алюминий, титан және органикалық радикалдармен үйлесетін басқа да элементтер бар қоспалар. Табиғатта мұндай комбинациялар пайда болмайды. Бұл тек синтетикалық полимерлер. Бұл топтың типтік өкілдері силикон негізіндегі қосылыстар болып табылады, олардың негізгі тізбегі оттегі және кремний атомдары.

Технологиядағы қажетті қасиеттері бар полимерлерді алу үшін жиі «таза» заттар пайдаланылады, бірақ олардың органикалық немесе бейорганикалық компоненттерімен араласады. Жақсы мысал - полимерлік құрылыс материалдары: металл пластиктер, пластмасса, шыны, полимерлі бетон.

Полимерлердің құрылымы

Бұл материалдардың қасиеттерінің ерекшелігі олардың құрылымына байланысты, олар өз кезегінде келесі типтерге бөлінеді: сызықты-тармақталған, сызықты, үлкен молекулалық топтармен кеңістік және өте ерекше геометриялық құрылымдар, сондай-ақ баспалдақ. Олардың әрқайсысын қысқаша қарастырайық.

Сызықты-тармақталған құрылымы бар полимерлік материалдар, молекулалардың негізгі тізбегінен басқа, жанармай бұтақтары бар. Мұндай полимерлер полипропилен мен полиизобутиленді қамтиды.

Желілік құрылымы бар материалдар ұзын зигзаг тәріздес немесе спиральды-бұралған тізбектерге ие. Олардың макромолекулалары, ең алдымен, байланыстың бір құрылымдық тобында немесе тізбектің химиялық бөлігіндегі учаскелердің қайталануымен сипатталады. Сызықтық құрылымы бар полимерлер тізбектегі және олардың арасындағы байланыстың сипатындағы айтарлықтай айырмашылықтары бар өте ұзақ макромолекулалардың болуымен ерекшеленеді. Межмолекулярлы және химиялық байланыстар бар. Мұндай материалдардың макромолекулдары өте икемді. Бұл қасиет сапалы жаңа сипаттамаларға алып келетін полимерлік тізбектердің негізі болып табылады: жоғары икемділік, сондай-ақ қатайтылған күйде сынғыш болмауы.

Енді кеңістіктік құрылымы бар полимерлік материалдарды білеміз. Бұл заттар макромолекулалар біріктірген кезде көлденең бағытта күшті химиялық байланыстар құрайды. Нәтижесінде тордың гетерогенді немесе кеңістіктік негізі болатын желі құрылымы алынады. Бұл түрдегі полимерлер желілік полимерлерге қарағанда ыстыққа төзімділік пен қатаңдыққа ие. Бұл материалдар көптеген металл емес құрылымдық материалдардың негізі болып табылады.

Полимерлік материалдардың баспалдақ құрылымымен молекулалары химиялық байланыспен байланысқан жұп тізбектерден тұрады. Оларға органикалық қышқылдық полимерлер жатады, олар қаттылық, жылу қарсылығын арттырады, сонымен қатар олар органикалық еріткіштермен өзара әрекеттеседі.

Полимерлердің фазалық құрамы

Бұл материалдар аморфты және кристалдық аймақтардан тұратын жүйелер болып табылады. Олардың біріншісі қаттылықты төмендетуге көмектеседі, полимердің серпімділігін арттырады, бұл оралмалы табиғаттың үлкен деформациясына қабілетті. Кристалдық фаза олардың беріктігін, қаттылығын, серпімділік модулін және басқа параметрлерді арттырады, сонымен қатар заттың молекулалық икемділігін төмендетеді. Барлық осындай аймақтардың көлемінің жалпы көлеміне қатынасы ең жоғары деңгей (80% дейін) полипропилен, фторопласттар, жоғары тығыздықты полиэтилендер болып табылатын кристалдану дәрежесі деп аталады. Кристалданудың төменгі деңгейі поливинилхлоридтермен, төмен тығыздықты полиэтилендермен жабдықталған.

Полимерлі материалдар қыздырылған кезде қалай жұмыс істейтініне байланысты, олар әдетте термосфераға және термопластиге бөлінеді.

Термосет полимерлері

Бұл материалдар негізінен желілік құрылымға ие. Жылытқан кезде олар жұмсартады, бірақ олардағы химиялық реакциялардың нәтижесінде құрылым кеңістікте өзгереді, зат зат қатты күйге айналады. Болашақта бұл сапа сақталады. Бұл принцип бойынша полимерлі композиттік материалдар салынған. Кейінгі қыздыру заттардың жұмсартылмайды, бірақ оның ыдырауы ғана әкеледі. Аяқталған термосетинг қоспасы ерімейді және еріген емес, сондықтан оны қайта өңдеу қолайсыз. Материалдың мұндай түрі эпоксидті силикон, фенол-формальдегид және басқа шайырларды қамтиды.

Термопластикалық полимерлер

Бұл материалдар қыздырғанда, алдымен жұмсартады, содан кейін ерітеді, содан кейін оларды салқындату арқылы нығайтады. Мұндай емдеу кезінде термопластикалық полимерлер химиялық өзгерістерге ұшырамайды. Бұл процесті толығымен қалпына келтіреді. Осы типтегі заттарда шағын күштер әрекет ететін және химиялық байланыстар мүлдем жоқ макромолекулалардың сызықты-тармақталған немесе желілік құрылымы бар. Оларға полиэтилен, полиамидтер, полистирен және т.б. кіреді. Термопластикалық түрдегі полимерлі материалдардың технологиясы суды салқындатылған нысандарда, престеуге, экструзияға, үрлеуге және басқа әдістерге инжекционды құю арқылы өндіруді қарастырады.

Химиялық қасиеттері

Полимерлер келесідей жағдайларда болуы мүмкін: қатты, сұйық, аморфты, кристалды фазада, сондай-ақ жоғары серпімді, тұтқыр және айнадай деформация. Полимерлі материалдарды кеңінен қолдану олардың концентрацияланған қышқылдар мен сілтілер секілді әртүрлі агрессивті орталармен жоғары қарсылықпен байланысты. Олар электрохимиялық коррозияға ұшырамайды. Сонымен қатар, молекулалық салмақ көбеюде, органикалық еріткіштердегі материалдың ерігіштігі төмендейді. Ал кеңістіктік құрылымы бар полимерлерге аталған сұйықтықтар әсер етпейді.

Физикалық қасиеттері

Көптеген полимерлер диэлектриктер болып табылады, сонымен қатар олар магниттік емес материалдарға жатады. Қолданылатын барлық конструкциялық заттардың тек ең аз жылу өткізгіштікке және ең үлкен жылу сыйымдылығына, сондай-ақ термалды шөгуіне (металлдан шамамен жиырма есе көп) ие. Төмен температура жағдайында әртүрлі тығыздағыштармен ағып кетудің жоғалту себебі резеңкеден шыны түсіру деп аталады, сондай-ақ металды және резеңке заттардың кеңейту коэффициенттері арасында вспенивтелген күйде күрт айырмашылық.

Механикалық қасиеттері

Полимерлік материалдарда олардың құрылымына қатты тәуелді механикалық сипаттамалардың кең спектрі бар. Осы параметрге қосымша, әр түрлі сыртқы факторлар заттардың механикалық қасиеттеріне үлкен әсер етуі мүмкін. Оларға мыналар жатады: температура, жиілік, ұзақтық немесе жүктеме жылдамдығы, кернеулердің күйі, қысым, қоршаған орта табиғаты, жылу өңдеу және т.б. Полимер материалдарының механикалық қасиеттерінің ерекшелігі олардың өте төмен қаттылығын (металлдармен салыстырғанда) салыстырмалы жоғары беріктігі болып табылады.

Әдетте полимерлер E = 1-10 GPa (талшықтар, пленкалар, пластиктер) және жұмсақ эластомерлі заттарға сәйкес келетін икемділік модулі болып табылады, икемділік модулі E = 1-10 МПа (резеңке) болып табылады. Олардың екеуінің де бұзылуының механизмдері мен механизмдері әртүрлі.

Полимерлік материалдар қасиеттері айқын сипаттамалары бар анизотропия, сондай-ақ беріктігін азайту, созылмалы жүктеме жағдайында серпінді дамуы. Сонымен бірге олардың әлсіздікке төзімділігі өте жоғары. Металдармен салыстырғанда олар механикалық қасиеттерге температураға тәуелді болады. Полимерлік материалдардың негізгі сипаттамаларының бірі деформациялылық (сәйкестік) болып табылады. Бұл кең параметрде олардың негізгі өндірістік және технологиялық қасиеттерін кең температура диапазонынан бағалауға болады.

Полимерлік материалдарды еденге арналған

Енді полимерді практикалық қолданудың бір нұсқасын қарастырып, осы материалдардың толық спектрін ашыңыз. Бұл заттар құрылыс, жөндеу және әрлеу жұмыстары, әсіресе еденге кеңінен қолданылды. Қарап отырған заттардың сипаттамалары бойынша үлкен танымалдылық бар: олар тозуға төзімді, төмен жылу өткізгіштігі, судың аз сіңуі, жеткілікті күшті және қатты, бояу мен лак қасиеттеріне ие. Полимерлік материалдарды өндіруді үш топқа бөлуге болады: линолеумдар (роликтер), пластина өнімдері және жіксіз едендер құрылысы үшін қоспалар. Енді олардың әрқайсысын қысқаша қарастырайық.

Линолеум түрлі толтырғыштар мен полимерлердің негізінде жасалады. Олар сондай-ақ пластификаторларды, өңдеу құралдарын және пигменттерді қамтуы мүмкін. Полимерлі материалдардың түріне қарай полиэфир (глифлет), поливинилхлорид, резеңке, коллоксиин және басқа да жабындар бар. Бұдан басқа, құрылымында олар негізсіз және дыбыс, жылу оқшаулайтын негіз, бір қабатты және көп қабатты, тегіс, жалтырақ және гофрленген бетке, сондай-ақ бір және көп түсті болып бөлінеді.

Полимерлiк компоненттердiң негiзiнде жасалған плиткалық материалдар өте төмен абразивтi, химиялық қарсылыққа және ұзақ мерзiмге ие. Шикізат түріне қарай полимерлік өнімдердің бұл түрі құмаронополивинилхлоридке, кумаронға, поливинилхлоридке, резеңкеге, фенолитке, битуминозды тақталарға, сондай-ақ диспансер және ағаш талшық тақталарына бөлінеді.

Жиі еденге арналған материалдар ең ыңғайлы және гигиеналық болып табылады, олардың күші жоғары. Бұл қоспалар әдетте полимерлік цемент, полимерлі бетон және поливинилацетатқа бөлінеді.