Полимердик материалдар: технологиясы, түрлөрү, өндүрүү жана колдонуу

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2023-12-17 10:34

Полимердик материалдар – бир түзүлүштөгү көптөгөн майда молекулалуу мономерлерден (бирдиктерден) турган химиялык жогорку молекулалуу бирикмелер. Полимерлерди алуу үчүн көбүнчө төмөнкү мономердик компоненттер колдонулат: этилен, винилхлорид, винилдехлорид, винилацетат, пропилен, метилметакрилат, тетрафторэтилен, стирол, карбамид, меламин, формальдегид, фенол. Бул макалада биз полимердик материалдар деген эмне, алардын химиялык жана физикалык касиеттери, классификациясы жана түрлөрү кандай экенин кеңири карап чыгабыз.

Полимерлердин түрлөрү

Бул материалдын молекулаларынын өзгөчөлүгү чоң молекулярдык салмак болуп саналат, ал төмөнкү мааниге туура келет: М>5103. Бул параметрдин деңгээли төмөн (M=500-5000) кошулмалар олигомер деп аталат. Төмөнкү молекулярдык кошулмаларда массасы 500дөн аз. Полимердик материалдардын төмөнкү түрлөрү бөлүнөт: синтетикалык жана табигый. Акыркыларына табигый каучук, слюда, жүн, асбест, целлюлоза ж. Көз карандылыктажогорку молекулалуу материалдарды өндүрүү ыкмасынан полимерлер бөлүнөт, алар поликонденсациялоо жолу менен же кошулуу реакциясы аркылуу түзүлөт.

Полимеризация

Бул процесс узун чынжырларды алуу үчүн төмөн молекулалуу компоненттерди жогорку молекулалык салмакка айкалыштыруу. Полимерлөө деңгээли – берилген составдагы молекулалардагы «мерлердин» саны. Көбүнчө полимердик материалдарда миңден он миңге чейин бирдик бар. Полимерлөө жолу менен төмөнкү кеңири колдонулган бирикмелер алынат: полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, политетрафторэтилен, полистирол, полибутадиен ж.б.

Поликонденсация

Бул процесс этаптуу реакция, ал бир эле типтеги көп сандагы мономерлерди, же ар кандай топтордун жуптарын (А жана В) поликонденсаторлорго (макромолекулаларга) айкалыштыруу менен бир убакта төмөнкүлөрдүн пайда болушунан турат. кошумча продуктылар: метил спирти, көмүр кычкыл газы, хлордуу суутек, аммиак, суу ж.б. Поликонденсация силикондорду, полисульфондорду, поликарбонаттарды, аминопласттарды, фенолдук пластиктерди, полиэстерди, полиамиддерди жана башка полимердик материалдарды чыгарат.

Польядтоо

Бул процесс каныкпаган топтордун мономерлерине (активдүү циклдер же кош байланыштар) чектөөчү реакциялык комбинацияларды камтыган мономердик компоненттерди көп жолу кошуу реакцияларынын натыйжасында полимерлердин пайда болушу деп түшүнүлөт. Поликонденсациядан айырмаланып, поликошуу реакциясы кошумча продуктуларсыз жүрөт. Бул технологиянын эң маанилүү процесси эпоксиддүү чайырларды айыктыруу жана полиуретанды өндүрүү болуп саналат.

Полимерлердин классификациясы

Бардык полимердик материалдар курамы боюнча органикалык эмес, органикалык жана органоэлементтүү болуп бөлүнөт. Алардын биринчисинде (силикат айнек, слюда, асбест, керамика ж. б.) атомдук көмүртек жок. Алардын негизин алюминий, магний, кремний жана башкалар оксиддер түзөт. Органикалык полимерлер эң кеңири классты түзөт, алар көмүртек, суутек, азот, күкүрт, галоген жана кычкылтек атомдорун камтыйт. Органоэлементтүү полимердик материалдар – бул негизги чынжырларда саналып өткөндөрдөн тышкары кремнийдин, алюминийдин, титандын атомдору жана органикалык радикалдар менен бириге ала турган башка элементтери бар бирикмелер. Мындай айкалышуулар жаратылышта кездешпейт. Булар бир гана синтетикалык полимерлер. Бул топтун мүнөздүү өкүлдөрү кремний органикалык бирикмелер болуп саналат, алардын негизги чынжырчасы кычкылтек жана кремний атомдорунан түзүлгөн.

Талап кылынган касиеттери бар полимерлерди алуу үчүн технология көбүнчө “таза” заттарды эмес, алардын органикалык же органикалык эмес компоненттер менен айкалышын колдонот. Жакшы мисал катары полимердик курулуш материалдарын алса болот: металл-пластика, пластмасса, айнек була, полимер бетон.

Полимерлердин структурасы

Бул материалдардын касиеттеринин өзгөчөлүгү алардын түзүлүшү менен шартталган, ал өз кезегинде төмөнкүдөй түрлөргө бөлүнөт: сызыктуу-тармактуу, сызыктуу, мейкиндик.чоң молекулярдык топтор жана өзгөчө геометриялык структуралар, ошондой эле тепкич менен. Келгиле, алардын ар бирине кыскача токтололу.

Сызыктуу тармакталган түзүлүштөгү полимердик материалдар, молекулалардын негизги чынжырынан тышкары каптал бутактары бар. Бул полимерлерге полипропилен жана полиизобутилен кирет.

Сызыктуу түзүлүштөгү материалдар узун зигзаг же спираль чынжырларга ээ. Алардын макромолекулалары биринчи кезекте чынжырдын звеносунун же химиялык бирдигинин бир структуралык тобунда сайттардын кайталанышы менен мүнөздөлөт. Сызыктуу түзүлүштөгү полимерлер чынжыр боюнча жана алардын ортосундагы байланыштардын табиятында олуттуу айырмачылыктары бар өтө узун макромолекулалардын болушу менен айырмаланат. Бул молекулалар аралык жана химиялык байланыштарды билдирет. Мындай материалдардын макромолекулалары абдан ийкемдүү. Жана бул касиет полимер чынжырларынын негизи болуп саналат, ал сапаттык жактан жаңы мүнөздөмөлөргө алып келет: жогорку ийкемдүүлүк, ошондой эле айыктырылган абалда морттуктун жоктугу.

Ал эми мейкиндик структурасы бар полимердик материалдар деген эмне экенин билели. Бул заттар макромолекулалар бири-бири менен бириккенде туурасынан кеткен багытта күчтүү химиялык байланыштарды түзүшөт. Натыйжада тордун бир тектүү эмес же мейкиндик негизине ээ болгон тор структурасы алынат. Бул типтеги полимерлер сызыктууларга караганда ысыкка туруктуулугу жана катуулугу жогору. Бул материалдар көптөгөн структуралык металл эмес заттардын негизин түзөт.

Шатылуу түзүлүштөгү полимердик материалдардын молекулалары химиялык байланыш менен байланышкан жуп чынжырдан турат. Булар киреткатуулугу, ысыкка туруктуулугу менен мүнөздөлгөн кремний органикалык полимерлери, мындан тышкары, алар органикалык эриткичтер менен өз ара аракеттенишпейт.

Полимерлердин фазалык курамы

Бул материалдар аморфтук жана кристаллдык аймактардан турган системалар. Алардын биринчиси катуулукту азайтууга жардам берет, полимерди ийкемдүү кылат, башкача айтканда, чоң реверсивдүү деформацияларга жөндөмдүү. Кристаллдык фаза заттын молекулярдык ийкемдүүлүгүн төмөндөтүү менен бирге алардын күчүн, катуулугун, серпилгич модулун жана башка параметрлерин жогорулатууга жардам берет. Мындай бардык аймактардын көлөмүнүн жалпы көлөмгө болгон катышы кристаллдашуу даражасы деп аталат, мында максималдуу деңгээлде (80%ке чейин) полипропилендер, фторопласттар, тыгыздыгы жогору полиэтилендер болот. Поливинилхлориддердин, тыгыздыгы төмөн полиэтилендердин кристаллдашуу деңгээли төмөн.

Полимердик материалдар ысытылганда өзүн кандай алып жүргөнүнө жараша, алар көбүнчө термореактивдүү жана термопластикалык болуп бөлүнөт.

Термосеттик полимерлер

Бул материалдар биринчи кезекте сызыктуу түзүлүшкө ээ. Ысытылганда жумшарышат, бирок аларда болгон химиялык реакциялардын натыйжасында структурасы мейкиндикке өтүп, зат катуу затка айланат. Келечекте бул сапат сакталат. Полимердик композициялык материалдар ушул принцип боюнча курулган. Алардын кийинки ысытуусу затты жумшартпайт, бирок анын ыдырашына гана алып келет. Даяр термосет аралашмасы эрибейт же эрибейт, ошондуктананы кайра иштетүүгө жол берилбейт. Материалдын бул түрүнө эпоксиддүү силикон, фенол-формальдегид жана башка чайырлар кирет.

Термопластикалык полимерлер

Бул материалдар ысытылганда алгач жумшарып, анан эрип, муздаганда катуулайт. Термопластикалык полимерлер бул дарылоо учурунда химиялык өзгөрүүлөргө дуушар болбойт. Бул процессти толугу менен артка кайтарууга мүмкүнчүлүк берет. Бул типтеги заттар макромолекулалардын сызыктуу тармактуу же сызыктуу түзүлүшүнө ээ, алардын ортосунда анча чоң эмес күчтөр аракет кылат жана химиялык байланыштар таптакыр болбойт. Аларга полиэтилендер, полиамиддер, полистиролдор жана башкалар кирет. Термопластикалык тибиндеги полимердик материалдардын технологиясы аларды суу менен муздатылган калыптарга инъекциялоо, престөө, экструзия, үйлөө жана башка ыкмалар менен өндүрүүнү камсыз кылат.

Химиялык касиеттери

Полимерлер төмөнкүдөй абалда болушу мүмкүн: катуу, суюк, аморфтук, кристаллдык фаза, ошондой эле жогорку ийкемдүү, илээшкек жана айнек деформация. Полимердик материалдардын кеңири колдонулушу алардын концентрацияланган кислоталар жана щелочтор сыяктуу ар кандай агрессивдүү чөйрөлөргө туруктуулугу менен шартталган. Алар электрохимиялык коррозияга дуушар болбойт. Мындан тышкары, алардын молекулярдык салмагынын өсүшү менен органикалык эриткичтерде материалдын эригичтиги төмөндөйт. Ал эми үч өлчөмдүү түзүлүшкө ээ болгон полимерлерге айтылган суюктуктар көбүнчө таасир этпейт.

Физикалык касиеттери

Көпчүлүк полимерлер изолятор болуп саналат, андан тышкары, алар магниттик эмес материалдар. Колдонулган бардык конструкциялык материалдардын ичинен алар гана эң төмөнкү жылуулук өткөрүмдүүлүккө жана эң жогорку жылуулук сыйымдуулукка, ошондой эле термикалык кичирейүүгө (металлдыкынан жыйырма эсеге жакын) ээ. Төмөн температуранын шарттарында ар кандай пломбалоочу агрегаттардын бекемдигин жоготуунун себеби каучуктун айнек өтүүсү деп аталган, ошондой эле айнектелген абалда металлдар менен каучуктардын кеңейүү коэффициенттеринин ортосундагы кескин айырма болуп саналат.

Механикалык касиеттери

Полимердик материалдар алардын түзүлүшүнө өтө көз каранды болгон механикалык мүнөздөмөлөрдүн кеңири спектрине ээ. Бул параметрден тышкары, ар кандай тышкы факторлор заттын механикалык касиеттерине чоң таасир этиши мүмкүн. Аларга төмөнкүлөр кирет: температура, жыштык, жүктөөнүн узактыгы же ылдамдыгы, стресс абалынын түрү, басым, чөйрөнүн мүнөзү, жылуулук менен иштетүү ж.б. Полимердик материалдардын механикалык касиеттеринин өзгөчөлүгү алардын өтө төмөн катуулугунда салыштырмалуу жогорку бекемдиги (салыштырмалуу металлдарга).

Полимерлер, адатта, серпилгичтик модулу E=1–10 ГПа (була, пленка, пластмасса) туура келген катуу заттарга жана серпилгич модулу E=1– болгон жумшак жогорку ийкемдүү заттарга бөлүнөт. 10 МПа (резина). Экөөнүн тең бузулушунун үлгүлөрү жана механизми ар башка.

Полимердик материалдар касиеттеринин айкын анизотропиясы, ошондой эле бекемдиктин төмөндөшү, узак мөөнөттүү жүктөөдө сойлоонун өнүгүшү менен мүнөздөлөт. Муну менен бирге аларсалыштырмалуу жогорку чарчоо каршылык бар. Металлдар менен салыштырганда алар механикалык касиеттеринин температурага кескин көз карандылыгы менен айырмаланат. Полимердик материалдардын негизги мүнөздөмөлөрүнүн бири - деформациялануу (ийилдүүлүк). Бул параметр боюнча, кең температура диапазонунда, алардын негизги эксплуатациялык жана технологиялык касиеттерин баалоо салт болуп саналат.

Полимердик пол үчүн материалдар

Эми бул материалдардын толук спектрин ачып, полимерлерди практикалык колдонуу варианттарынын бирин карап көрөлү. Бул заттар курулуш жана оңдоо жана жасалгалоо иштеринде, атап айтканда, пол төшөөдө кеңири колдонулат. Эбегейсиз популярдуулугу каралып жаткан заттардын мүнөздөмөлөрү менен түшүндүрүлөт: алар абразияга туруктуу, аз жылуулук өткөрүмдүүлүккө ээ, сууну аз сиңирүү, жетишерлик күчтүү жана катуу, ошондой эле жогорку боёк жана лак сапаттарына ээ. Полимердик материалдарды өндүрүүнү шарттуу түрдө үч топко бөлүүгө болот: линолеумдар (прокат), плитка буюмдары жана тиксиз полдорду орнотуу үчүн аралашмалар. Келгиле, азыр ар бирин кыскача карап чыгалы.

Линолеумдар ар кандай типтеги толтургучтардын жана полимерлердин негизинде жасалат. Алар ошондой эле пластификаторлорду, иштетүүчү каражаттарды жана пигменттерди камтышы мүмкүн. Полимердик материалдын түрүнө жараша полиэстер (глифтал), поливинилхлорид, резина, коллоксилин жана башка каптамалар бөлүнөт. Мындан тышкары, түзүлүшү боюнча, алар негизсиз жана үн жана жылуулук изоляциялоочу негизи бар, бир катмарлуу жана көп катмарлуу, жылмакай, жүндүү болуп бөлүнөт.жана толкундуу бет, ошондой эле бир жана көп түстүү.

Полимердик компоненттердин негизинде жасалган плиткалуу материалдар өтө аз тырышууга, химиялык туруктуулукка жана туруктуулукка ээ. Чийки заттын түрүнө жараша полимердик буюмдардын бул түрү кумарон-поливинилхлорид, кумарон, поливинилхлорид, резина, фенолит, битуминоздуу плиткалар, ошондой эле ДСП жана ДВП болуп бөлүнөт.

Тиксиз пол үчүн материалдар колдонууга эң ыңгайлуу жана гигиеналык, алар жогорку күчкө ээ. Бул аралашмалар көбүнчө полимер цемент, полимер бетон жана поливинилацетат болуп бөлүнөт.