Полимерные материалы. Полимерный материал что такое
Полимерные материалы
К полимерным материалам, получаемым синтетическим (химическим) путем, относятся синтетические смолы, каучуки и резины, волокна и пластические массы, некоторые клеи, лаки, краски, замазки и герметики. Название свое полимерные материалы получили от исходного химического соединения (мономера), используемого для синтеза полимера, с приставкой «поли». Например, из этилена (мономера) образуется полиэтилен, из стирола — полистирол, из хлорвинила — полихлорвинил и т. д.
Полимерные материалы в основном подразделяют на три группы: термопласты, слоистые пластики и пластические массы.
Термопласты. Структура термопластов не изменяется при нагревании, вызывающем переход из твердого состояния в пластическое, поэтому их можно неоднократно перерабатывать. К этой группе относят полиэтилен, полипропилен, поливи-нилхлорид, полистирол, полиформальдегид, полиакрилаты, полиамиды, фторосодер-жащие (фторопласт 3 и фторопласт 4) и др. За исключением фторопластов, все другие термопласты поддаются сварке и склейке. Реактопласты — это полимеры, которые под действием температуры сначала переходят в пластическое, а затем в твердое неплавкое и нерастворимое состояние. При повторном нагревании такие полимеры не переходят в пластическое состояние, а остаются твердыми и при дальнейшем повышении температуры разлагаются. К этой группе относятся фенопласты, аминопласты, анилинопласты, эпоксидопласты, силиконопласты, уретано-пласты и др.
Слоистые пластики. В эту группу входит большое число материалов, состоящих из листовых волокнистых наполнителей и полимеров, пропитывающих наполнителей и составов, склеивающих отдельные листы в многослойные пластики. Слоистые пластики используют, главным образом, для производства листовых электроизоляционных материалов различных размеров и толщины, а также изделий со сложной конфигурацией поверхности. К этой группе относят гетинакс, текстолит, асбестотекстолит, древеснослоистые пластинки и др.
Гетинакс изготовляют из бумаги и бакелита. Бумагу покрывают слоем бакелитового лака, складывают в несколько слоев и прессуют под высоким давлением при повышенной температуре. Под влиянием нагрева бакелит переходит в неплавкое и нерастворимое состояние. При этом получают твердый и прочный листовой материал с высокими изоляционными свойствами, который хорошо подвергается механической обработке (режется, пилится и сверлится). Гетинакс находит широкое применение при изготовлении деталей электрических аппаратов, требующих надежной изоляции и прочности (изоляционных стоек и пр.).
Текстолит изготовляют подобно гетинаксу, но основанием служит не бумага, а ткань. Текстолит еще более прочен, чем гетинакс. Некоторые его показатели (например, износоустойчивость при трении) выше, чем у металлов, поэтому в ряде случаев текстолит применяют для изготовления таких деталей, как шестерни, вкладыши и т. д.
Особо высокими нагревостойкостью и изоляционными свойствами обладает стеклотекстолит, изготовленный на основе стеклянной ткани.
Для изготовления печатных плат электронной аппаратуры применяют фольги-рованный гетинакс и стеклотекстолит. Это слоистые пластики, облицованные с одной или двух сторон медной оксидированной фольгой, наносимой при прессовании собранных пакетов пропитанной бумаги или стеклоткани с применением клея. В некоторых случаях используется хромированная фольга или никелевая фольга.
Пластические массы. Материалы, изготовляемые на основе синтетических и природных .полимеров, называют пластическими массами, причем полимер определяет их основные свойства. В состав пластмассы, кроме полимеров, входят наполнители, пластификаторы, красители и стабилизаторы.
Наполнители существенно влияют на диэлектрические свойства, водопоглоще-ние и теплостойкость пластмассы. Они бывают органического и минерального происхождения. По своей структуре наполнители могут быть порошкообразные (древесная мука, кварцевая мука, слюда, каолин, тальк, графит, металлические порошки, сажа и пр.), волокнистые (асбест, древесная крошка, мелкокрошенная бумага, очесы хлопка, стеклянное волокно и др.) и листовые или слоистые (бумага, древесный шпон, хлопчатобумажная ткань, стеклянные и асбестовые ткани).
Пластификаторы придают большую эластичность пластмассам, увеличивают их относительное удлинение и снижают временное сопротивление разрыву. Красители дают возможность получить необходимую окраску пластмассы и декоративный вид. Стабилизаторы сохраняют требуемые свойства пластмассы в процессе эксплуатации, предохраняя ее от разложения под влиянием тепла и солнца.
В ряде случаев пластмасса изготовляется из чистого полимера без каких-либо наполнителей. К числу их принадлежат: органическое небьющееся стекло (поли-метилметакрилат), винипласт (листовой материал из хлорвинила), полиэтилен, полистирол, полиамиды и пр. В этих случаях понятия пластмассы и полимера одинаковы. Пластмассы изготовляют в особых формах путем прессования при большом давлении и высокой температуре. При этом получаются совершенно готовые, не требующие дальнейшей обработки изделия. Если в пластмассовых изделиях должны быть укреплены детали из других материалов (например, металлические шпильки, втулки и т. д.), то их запрессовывают при изготовлении деталей.
Из изоляционных пластмасс наибольшее распространение получили винипласт (пластмасса из хлорвинила), гетинакс (спрессованная бумага, пропитанная фено-пластовыми смолами) и стеклотекстолит (стеклянная ткань, пропитанная синтетическими смолами) и пр. Их изготовляют в виде листов, цилиндров и фасонных изделий.
electrono.ru
Полимерные материалы
Полимеры представляют собой высокомоллекулярные соединения, то есть молекулы, масса которых М превышает 5000. За счет наличия сложных молекулярных связей в пространстве, этим материалы приобретают уникальные свойства, которые находят широкое применение в природе, в промышленности, в быту и практически в любой сфере функционирования живых организмов.
Химия процесса: что такое полимер?
Сразу стоит сказать, что многие ошибочно полагают, что полимеры бывают только синтетическими. На самом же деле, высокомоллекулярные субстанции существуют и в природе. К примеру, органический белок, шерсть животных, слюда, асбест, пчелиный воск, натуральный каучук – всё это примеры полимерных материалов, существующих в живой природе. Человек же прошел определенный эволюционный путь от эксплуатации природных полимеров (свечи из воска, стекло из натуральной слюды, одежда из меха) до создания синтетических полимеров.
Однако как природные, так и синтетические материалы имеют в основе один и тот же принцип, - объединение многочисленных мономеров в сложную структуру. В результате прохождения реакций полимеризации, поликонденсации или полиприсоединения отдельные молекулы изменяют структуру и формируют связи друг с другом, создавая новое вещество.
Простой пример – полиэтилен. Все мы его видели и знаем, так как нас окружают многочисленные изделия из этого материала (пластиковые пакеты, пищевая пленка и многое другое). Изначально в природе существует бесцветный горючий газ этилен, который проходит достаточно сложный технологический процесс полимеризации, в результате чего отдельные молекулы (мономеры) этилена соединяются друг с другом особыми координационными связями (или силами Ван-Дер-Ваальса).
Подходы к классификации полимеров
Так как веществ данного класса – огромное количество, существует целый ряд критериев, по которым их классифицируют. Среди основных критериев можно выделить:
- По содержанию атомов углерода выделяют органические, элементоорганические и неорганические полимеры. При этом в неорганических полимерах также может присутствовать углерод, но только в качестве радикалов.
- По отношению к термическому воздействию выделяют термореактивные и термопластичные полимеры. В зависимости от типа связей между мономерными звеньями, реакция на нагрев вещества может быть разной. Если речь идет о сильной химической связи, нагрев приводит к прохождению химической реакции и разрушению полимера (яркий пример – денатурация белка при нагреве). Если же мы говорим о координационных связях силами Ван-Дер-Ваальса, полимер может неограниченное количество раз нагреваться (при этом размягчаясь) и восстанавливать свои свойства (после остывания).
- По форме макромолекул выделяют два основных типа полимерных сеток: линейные (когда мономерные звенья выстраиваются в ряд) и разветвленные (когда мономеры формируют сложную структуру). У этих типов существует множество подвидов.
- По происхождению выделяют синтетические и природные полимеры. Тут всё просто: природные образуются в процессе жизнедеятельности живых организмов (включая растения), а синтетические получают в процессе химической реакции. К слову, на заре химической индустрии полиэтилен сравнивали с воском, считая эти материалы родственными и схожими по характеристикам.
Синтетические термопласты – основа современных технологий
Сегодня такие материалы, как полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), поливинилхлорид (ПВХ) стали основой современной цивилизации. Термопласты объединяют следующие свойства, благодаря которым сфера их применения является практически безграничной:
- Пластичность и совместимость с разными методами формования. Экструзия, литье, формование, сварка листов и многие другие методы позволяют придать термопластам практически любую форму.
- Широкий спектр механических свойств. Полимер может быть как максимально прочным (прочнее стали), так и максимально эластичным, что позволяет разработать композиции для любых промышленных задач. Также может подбираться температурный режим.
- Относительно небольшая хрупкость. К примеру, прозрачные полимерные изделия намного прочнее стеклянных, что обусловило массовый переход пищевой промышленности со стеклянной на пластиковую тару.
- Устойчивость к химическим воздействиям. Материалы хорошо переносят контакты с кислыми и щелочными средами, с водой, с жирами различного происхождения, сохраняя все свои свойства.
- Диэлектрические свойства. Благодаря этим свойствам полимеров и существует электроника, так как все современные приборы в значительной мере состоят из пластика. В частности, паянные многослойные платы полностью основаны на полимерах.
Потому, подводя итоги можно утверждать, что полимеры – это материалы, характеризующие эволюцию. В природе химическая эволюция позволила развиться сложным формам жизни, которые были бы невозможны без полимеров (белков, нуклеиновых кислот). А в человеческой цивилизации синтетические полимеры позволили совершить существенный эволюционный рывок для техники, промышленности и науки.
unitreid-group.com
Классификация полимеров, типы полимеров и их применение
Полезные материалы на тему полимеров
Классификация
По химическому составу все полимеры подразделяются на органические, элементоорганические, неорганические.
Органические полимеры.
Элементоорганические полимеры. Они содержат в основной цепи органических радикалов неорганические атомы (Si, Ti, Al), сочетающиеся с органическими радикалами. В природе их нет. Искусственно полученный представитель — кремнийорганические соединения.
Следует отметить, что в технических материалах часто используют сочетания разных групп полимеров. Это композиционные материалы (например, стеклопластики).
По отношению к нагреву полимеры подразделяют на термопластичные и термореактивные. Термопластичные полимеры (полиэтилен, полипропилен, полистирол) при нагреве размягчаются, даже плавятся, а при охлаждении затвердевают. Этот процесс обратим. Термореактивные полимеры при нагреве подвергаются необратимому химическому разрушению без плавления.Молекулы термореактивных полимеров имеют нелинейную структуру, полученную путём сшивки (например, вулканизация) цепных полимерных молекул. Упругие свойства термореактивных полимеров выше, чем у термопластов, однако, термореактивные полимеры практически не обладают текучестью, вследствие чего имеют более низкое напряжение разрушения.Природные органические полимеры образуются в растительных и животных организмах. Важнейшими из них являются полисахариды, белки и нуклеиновые кислоты, из которых в значительной степени состоят тела растений и животных и которые обеспечивают само функционирование жизни на Земле.
Считается, что решающим этапом в возникновении жизни на Земле явилось образование из простых органических молекул более сложных — высокомолекулярных.
Типы полимеров
Синтетические полимеры. Искусственные полимерные материалыЧеловек давно использует природные полимерные материалы в своей жизни. Это кожа, меха, шерсть, шёлк, хлопок и т. п., используемые для изготовления одежды, различные связующие (цемент, известь, глина), образующие при соответствующей обработке трёхмерные полимерные тела, широко используемые как строительные материалы. Однако промышленное производство цепных полимеров началось в начале XX в., хотя предпосылки для этого появились ранее.
Огнеупорные полимерыМногие полимеры, такие как полиуретаны, полиэфирные и эпоксидные смолы, склонны к воспламенению, что зачастую недопустимо при практическом применении. Для предотвращения этого применяются различные добавки или используются галогенированные полимеры. Галогенированные ненасыщенные полимеры синтезируют путем включения в конденсацию хлорированных или бромированных мономеров, например, гексахлорэндометилентетрагидрофталевой кислоты (ГХЭМТФК), дибромнеопентилгликоля или тетрабромфталевой кислоты. Главным недостатком таких полимеров является то, что при горении они способны выделять газы, вызывающие коррозию, что может губительно сказаться на располагающейся рядом электронике. Учитывая высокие требования экологической безопасности, особое внимание уделяется галоген-несодержащим компонентам: соединениям фосфора и гидроксидам металлов.
Применение полимеров.
Благодаря ценным свойствам полимеры применяются в машиностроении, текстильной промышленности, сельском хозяйстве и медицине, автомобиле- и судостроении, авиастроении, в быту (текстильные и кожевенные изделия, посуда, клей и лаки, украшения и другие предметы). На основании высокомолекулярных соединений изготовляют резины, волокна, пластмассы, пленки и лакокрасочные покрытия. Все ткани живых организмов представляют высокомолекулярные соединения.
полистирол
resperm.ru
