Полимерный материал что такое: Полимерные материалы и их разновидности|Строительство дорог и транспорт. Охрана труда.

Опубликовано в Разное
/
30 Апр 1986

Содержание

Полимерный материал «ЭПМ» ТУ 2225-093-07502259-2014

В настоящее время АО «ЦТСС» разработан отечественный, импорто-замещающий, полимерный материал «ЭПМ» и технология его применения. Материал предназначен для изготовления полимерных подкладок и цилиндрических втулок при монтаже главных и вспомогательных механизмов, оборудования, валопроводов и устройств во время постройки, ремонта или модернизации судов, кораблей всех типов и назначений.

Материал «ЭПМ» поставляется АО «ЦТСС» комплектом в полностью готовом для применения виде по техническим условиям ТУ 2225-093-07502259-2014.

 

Разработанный материал «ЭПМ» по своим характеристикам превосходит используемый в настоящее время отечественный полимерный материал ЖМ-150ПК, и не уступает импортным аналогам, допущенным Российским Морским Регистром судоходства для аналогичных целей (Epocast 36, EPY, ChockfastOrange).

На материал «ЭПМ» получено свидетельство о типовом одобрении Российского Морского Регистра Судоходства №18.

00081.314 от 23.04.2018 г., заключение НИИ кораблестроения и вооружения ВУНЦ ВМФ «ВМА» и решение межведомственной комиссии по приемке неметаллических материалов, действующей при НИЦ «Курчатовский институт» — ЦНИИ КМ «Прометей» для применения на заказах ВМФ.

Стоимость материала «ЭПМ» значительно меньше импортных аналогов. 

Сущность метода

Технология предполагает замену традиционных металлических прокладок на полимерные. Монтаж в этом случае выполняется путем заполнения материалом «ЭПМ» в жидком состоянии полостей плоских или цилиндрических монтажных зазоров, последующего его отверждения.

Основные преимущества

1) Исключение обработки фундаментов, измерений размеров металлических прокладок, их изготовления и пригонку.

2) Исключение необходимости расточных и пригоночных работ по опорам валопроводов и рулей на стапеле и соответственно исключение необходимости разработки и изготовления (закупки) сложных и дорогостоящих расточных станков и устройств.

3) Значительное сокращение сроков, трудоемкости и стоимости монтажа узлов крепления судового оборудования и устройств.

Материал «ЭПМ» поставлен и успешно применен на АО «ССЗ «Вымпел», ПАО «Калужский Турбинный Завод», АО «Окская судоверфь», ПАО «Завод «Красное Сормово».

Официальный дистрибьютор полимерного материала АО «ЦТСС» на Дальнем Востоке — ООО «МСЯ Приста», Приморский край,

г. Находка.

Методы определения полимерных материалов

Для определения природы полимерного материала в готовом изделии проводят систематический качественный и количественный анализ материала и идентификацию его с известными типами полимеров.

Методы  определения полимерных материалов

  • внешний осмотр образца;
  • определение температуры размягчения;
  • анализ поведения образца в пламени;
  • определение растворимости образца;
  • осуществление цветной реакции на полимеры.

Прежде всего отмечают внешний вид образца:

Далее выясняют, плавится ли исследуемая пластмасса вообще. Для этого ее вносят в струю горячего воздуха или нагревают образец на металлической или асбестовой подставке.

Пластмассу, в зависимости от того, как она будет вести себя, можно отнести к термопластам или реактопластам. Если полимер отнесен к термопластичным материалам, то далее определяют ориентировочную температуру размягчения полимера.


Определение поведения полимерного материала в пламени горелки

Для дальнейшей идентификации материала исследуют его

поведение в пламени горелки. Для этого небольшое количество материала осторожно и ненадолго вносят на шпателе в верхнюю часть высокотемпературной зоны пламени газовой горелки.

При этом отмечают характерные особенности горения (таблица 2):

  • воспламеняемость,
  • обугливание,
  • плавление,
  • запах,
  • цвет пламени,
  • наличие копоти, дыма, самогашения,
  • наличие золы, ее окраску.

Таблица 1: Характеристики горения некоторых полимеров
ПолимерыПоведение материала при внесении в пламя и горючесть
Характер пламениЗапах
Полиэтилен (ПЭ)Плавится течет по каплям, горит хорошо, продолжает гореть при удалении из пламени.Светящееся, вначале голубоватое, потом желтоеГорящего парафина
Полипропилен (ПП)То жеТо жеТо же
Поликарбонат (ПК)То жеКоптящее 
Полиамид (ПА)Горит, течет нитьюСиневатое снизу, с желтыми краямиПаленых волос илигорелых растений
Полиуретан (ПУ)Горит, течет по каплямЖелтое, синеватое снизу, светящееся, серый дымРезкий, неприятный
Полистирол (ПС)Самовоспламеняется, плавитсяЯрко-желтое, светящееся, коптящееСладковатый цветочный,с оттенком запаха стирола
Полиэтилентерефталат(ПЭТФ)Горит, капаетЖелто-оранжевое, коптящееСладкий, ароматный
Эпоксидная смола (ЭД)Горит хорошо, продолжает гореть при удалении из пламениЖелтое коптящееСпецифический свежий(в самом начале нагревания)
Полиэфирная смола (ПН)
Горит, обугливаетсяСветящееся, коптящее, желтоеСладковатый
Поливинилхлорид жесткий (ПВХ)Горит с трудом и разбрасыванием, при удалении из пламени гаснет, размягчаетсяЯрко-зеленоеРезкий, хлористого водорода
ПВХ пластифицированныйГорит с трудом и при удалении из пламени, с разбрасываниемЯрко-зеленоеРезкий, хлористого водорода
Фенолоформальдегидная смола (ФФС)Загорается с трудом, горит плохо, сохраняет формуЖелтоеФенола, формальдегида

Оборудование и материалы: полимерные материалы различной природы; горелка, шпатель, пинцет длинный.

Ход работы. Небольшое количество материала осторожно и ненадолго вносят на шпателе в верхнюю часть высокотемпературной зоны пламени газовой горелки.

Выносят пластмассу из пламени и смотрят, будет ли она гореть дальше. При этом отмечают характерные особенности горения: воспламеняемость, обугливание, плавление, запах, цвет пламени, наличие копоти, дыма, самогашения, наличие золы, ее окраску и т. п.

Результаты наблюдений сравнивают с таблицей 1 и определяют тип полимера.


Определение растворимости полимерных материалов

По растворимости материала в определенных растворителях судят о принадлежности его к тому или иному классу полимеров (таблица 2).

Таблица 2: Растворимость полимерных материалов
ПолимерыРастворители
бензинацетонэтиловый спиртводауксусная кислотасоляная кислота (конц. )
Фенолоформальдегидная смола (ФФС)НРРР
НР
НР
Эпоксидная смола (ЭД)НРРРНР
Полиэфирная смола (ПН)НРРРНРНРНР
Полиамид (ПА)НРНРНРНРРНР
Поливинилхлорид (ПВХ)НРНРНРНРНРНР
Полистирол (ПС)НРНБНРНРНРНР
Полиэтилен (ПЭ)НРНРНРНР
НР

Примечание. Р – растворим, НР – нерастворим, НБ – набухает, – нет сведений

 Оборудование и материалы: полимерные материалы различной природы; растворитель – бензин, ацетон, вода, этиловый спирт, уксусная кислота, соляная кислота.

Ход работы: Для определения растворимости 0,5 г измельченного образца полимерного материала помещают в пробирку, добавляют 5–10 мл растворителя, встряхивают и оставляют стоять на несколько часов; отмечают степень растворения – полное, частичное, набухает, не растворяется.

Если образец растворяется частично, определяют растворимость при нагревании (в колбе с обратным холодильником).


Цветная реакция на полимеры Либермана – Шторха – Моравского

Многие смолы при добавлении уксусного ангидрида и серной кислоты образуют различного цвета окрашенные соединения. На этом основана реакция Либермана – Шторха – Моравского (таблица 3)

Таблица 3: Окраска полимеров по реакции Либермана – Шторха – Моравского
ОкраскаПолимеры
Слабо-розоваяФеноло-формальдегидные, феноло-фурфурольные
Розовая, переходящая в краснуюЭпоксидные смолы
Медленно синеет, затем зеленеетПоливинилхлорид
Отсутствует, иногда коричневаяПолиэфирные смолы
ОтсутствуетПолиэтилен, полипропилен, поликарбонат, полиамид, полистирол, полиметилметакрилат, мочевино- и меламино-формальдегидные смолы, акрило-бутадиен-стирольные пластики

Оборудование и материалы: полимерные материалы различной природы; фарфоровая пластина, уксусный ангидрид, концентрированная серная кислота, пипетка.

Ход работы: На фарфоровую пластинку помещают небольшой кусочек исследуемого полимера и наносят на него несколько капель уксусного ангидрида, а затем каплю концентрированной серной кислоты. В течение 30 мин наблюдают за окраской жидкости и поверхности смолы, отмечая цвета и последовательность их изменения.

Результаты наблюдений сравнивают с таблицей 3 и определяют тип полимера.


 

Определение температуры размягчения

Оборудование и материалы: полимерные материалы различной природы; металлический или фарфоровый тигель, термометр, кварцевый песок, металлическая или асбестовая подставка.

Ход работы:

Проба на плавление

Вносят образец пластмассы в струю горячего воздуха, нагретого горелкой, или нагревают исследуемый образец на металлической или асбестовой подставке. В зависимости от того, что будет происходить с пластмассой, можно отнести ее к термопластам или реактопластам.

Температура размягчения 

Устанавливают пробы пластмасс – лучше всего полоски длиной 5–10 см и шириной 1 см – в железный тигель, заполненный сухим песком. Тигель постепенно нагревают маленьким пламенем горелки, температуру контролируют термометром, помещенным в песок. Когда полоски согнутся, по показанию термометра замечают температуру размягчения.

Для измерения температуры размягчения можно использовать и химический стакан, заполненный маслом или водой. Необходимо соблюдать меры предосторожности. В горячее масло не должна попадать вода.

Температура текучести

Аналогично можно определить температуру текучести, т. е. те значения температуры, при которых пластмассы приобретают текучесть. Однако некоторые пластмассы разлагаются раньше, чем достигается температура текучести.


 

Список литературы: Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов: справ. пособие. – М.: Машиностроение, 1993. – Т.3.
Методы исследования неметаллических материалов. – 283 с. Пластмассы.
Методы определения стойкости к действию химических сред: ГОСТ 12020–72. – Взамен ГОСТ 12020–66; введ. 01.07.1973. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 1997. – 22 с. Пластмассы.
Метод определения температуры плавления: ГОСТ 21553–76. – Введен 01.01.1978; переиздан 01.01.2001. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2001. – 15 с. Пластмассы.
Методы определения стойкости к действию химических сред: ГОСТ 12020–72. – Взамен ГОСТ 12020–66; введ. 01.07.1973. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 1997. – 22 с.
Автор: Кордикова Е.И., кандидат технических наук, доцент кафедры механики материалов и конструкций БГТУ
Источник: Композиционные материалы: Лабораторный практикум, 2007 год
Дата в источнике: 2007 год

Изделия из полимерных материалов | Строительный портал

Полимеры окружают нас повсюду, большинство предметов общего употребления изготовлены именно из них. Существует несколько видов полимерных материалов. Об их особенностях, свойствах и характеристике поговорим далее.

Оглавление:

  1. Классификация полимерных материалов и изделий
  2. Технология производства полимерных материалов
  3. Кровельные полимерные материалы и изделия в строительной отрасли

Классификация полимерных материалов и изделий

Полимерные материалы объединяют в себе несколько групп пластика синтетического происхождения. Среди них отметим:

  • полимерные вещества;
  • пластмассовые составы;
  • ПКМ — полимерные композитные материалы.

В каждой из перечисленных групп присутствует полимерное вещество, с помощью которого можно определить характеристику того или иного состава. Полимеры являются высокомолекулярными веществами, в которые вводят специальные добавки, то есть стабилизаторы, пластификаторы, смазки и т.д.

Пластмасса — является композиционным материалом, в основе которых лежит полимер. Кроме того, в их составе содержится наполнитель дисперсного или коротковолокнистого типа. Наполнители не склонны к образованию непрерывных фаз. Различают два вида пластмассовых веществ:

  • термопластик;
  • термоактивы.

Первый вариант пластмасс склонен к расплавлению и дальнейшему использованию, второй вариант пластмассы не склонен к расплавлению под воздействием высокой температуры.

В соотношении со способом полимеризации, пластмассы добывают с помощью:

  • поликонцентрирования;
  • полиприсоединений.

Рассматривая виды полимерных веществ, выделим:

1. Вид полиоэфинов — полимеры с одинаковой химической природой относятся к данной разновидности полимеров. В их составе присутствует два вещества:

  • полиэтиленовое;
  • полипропиленовое.

Каждый год, в мире производят более ста пятидесяти тонн таких полимеров. Среди преимуществ полиоэфинных веществ отметим:

  • стойкость перед ультрафиолетовым излучением;
  • устойчивость перед окислителями и разрывом;
  • механическая стойкость;
  • отсутствие усадки;
  • изменение свойств при необходимости.

Если сравнивать полиоэфины с другими типами полимерных веществ, то первые отличаются наибольшей экологической безопасностью. Для их изготовления и переработки материалов необходимо минимальное количество энергии.

2. Полиэтилен широко распространен в процессе упаковки любых изделий. Среди преимуществ использования данного материала отметим широкую сферу применения и отличные эксплуатационные характеристики.

Строение полиэтилена довольно простое, поэтому он легко кристаллизуется.

Полиэтиленовые вещества с высоким давлением. Данный материал отличается наличием легкого матового блеска, пластичностью, наличием волнообразной текстуры. Данный вид пленки отличается высокой механической стойкостью, устойчивостью перед ударами и разрывом, прочностью даже при морозе. Для его размягчения потребуется наличие температуры около ста градусов.

Полиэтиленовые вещества с низким давлением. Пленки такого типа имеют жесткую, прочную основу, которая отличается меньшей волнообразностью, по сравнению с предыдущим вариантом полиэтилена. Для стерилизации данного вещества используется пар, а температура его размягчения составляет более ста двадцати одного градуса. Несмотря на наличие высокой стойкости перед сжатием, пленка отличается более низкими характеристиками стойкости перед ударом и разрывом. Однако, среди их преимуществ также отмечают стойкость перед влагой, химическими веществами, жиром, маслом.

Использование полиэтилена при комнатной температуре позволяет получить более мягкую и гибкую его текстуру. Однако, в морозных условиях, данные характеристики сохраняются. Поэтому полиэтилены используются для хранения замороженной продукции. Однако, при повышении температуры до ста градусов тепла, характеристики полиэтилена изменяются, он становится непригодным к использованию.

Полиэтилен низкого давления используется при изготовлении бутылок и для упаковки разного рода веществ. Он обладает отличными эксплуатационными характеристиками.

Полиэтилен высокого давления более широко применим как упаковочный полимер. У него присутствует низкая кристалличность, мягкость, гибкость и доступная стоимость.

3. Полипропилен — материал у которого присутствует отличная прозрачность, высокая температура расплавления, химическая стойкость и устойчивость перед влагой. Полипропилен способен пропускать пар, неустойчив перед кислородом и окислителями.

4. Поливинилхлорид — довольно хрупкий и не эластичный материал, который чаще всего используется в качестве добавки к полимерам. Отличается дешевой стоимостью, высоковязким расплавом, термической нестабильностью, а при нагреве, склонен выделять токсичные вещества.

Технология производства полимерных материалов

Изготовление полимеров — довольно сложный процесс, для выполнения которого следует учитывать многие технические моменты работы с данными материалами. Различают несколько разновидностей технологий изготовления материалов на полимерной основе. Полимерные материалы, изделия, оборудование, технологии, методы:

  • вальцево-каландровый метод;
  • применение трехкомпонентной технологии;
  • использование экструзии термопластиковых изделий;
  • метод литья полимеров крупной, средней и маленькой формы;
  • формирование полистирольных веществ;
  • изготовление плит из пенополистирола;
  • выдувной метод;
  • изготовление изделий на основе ППУ.

Самыми популярными методами производства изделий из полимерных материалов являются выдув и термоформировка. Для выполнения первого метода главными исходными материалами выступает полиэтилен и полипропиленовые составы. Среди основных характеристик полиэтилена отметим быструю усадку, стойкость к температурной нестабильности. С помощью выдува формируются изделия объемной формы.

С помощью термической формировки удается сделать пластиковую посуду. В таком случае, процедура изготовления изделий состоит из трех этапов. Вначале определяют количество пластика, далее он помещается в предварительно подготовленную форму, далее производится его расплавливание. Пластмасса устанавливается под прессом, далее она закрывается. В формирующей станции изделия доводится до нужной формы, на следующем этапе производится его охлаждение и затвердение. Далее изделие извлекают из формы и выбрасывают в специальный резервуар.

Использование современного оборудования для изготовления пластмассовых изделий, позволяет получить вещество, отличающееся прочностью, длительностью эксплуатации.

Выделяют оборудование автоматизированного типа, с его помощью также производят полимерные вещества. В таком случае, в процессе работы над полимерными изделиями человеческий фактор практически отсутствует вся работа проводится специальными роботами.

С помощью применения автоматизированного оборудования удается получить вещества, отличающиеся более высоким качеством, широким ассортиментом продукции и снижением расходов на их изготовление.

Различают огромное количество изделий из полимерных материалов. Они различаются между собой по величине, способу изготовления, составу, Для изготовления полимеров используют вещества в виде:

  • натуральных полиамидов с содержанием стекловолокна;
  • полипропиленов, которые делают изделия стойкими перед морозом;
  • поликарбонатов;
  • полиуретана;
  • ПВХ и т.д.

Кровельные полимерные материалы и изделия в строительной отрасли

Любая кровля должна быть долговечной и надежной. Довольно популярными отделочными материалами для кровли являются изделия на основе полимерных материалов. Среди преимуществ их использования отметим:

  • высокую степень эластичности;
  • надежность;
  • отличную прочность;
  • стойкость перед растяжением и механическими повреждениями;
  • установка практически в любом климатическом регионе;
  • легкий монтаж и простая эксплуатация;
  • длительность эксплуатации.

Использование мембранной кровли полимерного состава основывается на механическом креплении сначала теплоизоляционного и гидроизоляционного слоев. С помощью мембраны удается создать различные по форме и конфигурации кровли зданий.

Выделяют несколько видов полимерных мембран в зависимости от их состава и основных характеристик:

  • поливинилхлоридные мембраны, в составе которых присутствуют дополнительные наполнители;
  • мембраны на основе пластичных полиэфинов;
  • мембраны, в составе которых присутствует этиленпропилендиенпономер.

Первый вариант мембраны отличается особой популярностью. Основным составляющим веществом мембраны является поливинилхлорид и разного рода добавки. С их помощью состав становится более устойчив перед низкой температурой. В качества армирования пленки используется сетка из полиэстера. Она делает изделие более прочным и стойким к разрыву. Именно с помощью данных характеристик удается обеспечить механическое крепление пленки.

Если рассматривать недостатки ПВХ мембран, то стоит отметить потерю их эластичности, по прошествии определенного периода эксплуатации. Так как, добавки, присутствующие в их составе со временем теряют свойства. Кроме того, данный материал ни в коем случае не используется с гидроизоляторами на битумной основе, они между собой несовместимы. Длительность эксплуатации ПВХ мембран составляет не более тридцати лет.

Мембраны на основе термопластичных полиэфинов содержат в составе каучук и особые вещества, улучшающие их пожарную безопасность. В данном материале удается удачность скомбинировать пластичность и резину. Среди их преимуществ отметим:

  • совместимость с веществами на битумной основе;
  • длительность эксплуатации, не нуждаются в ремонте до сорока лет;
  • существует возможность ремонта поверхности, при необходимости;
  • легки в монтаже;
  • более длительный срок эксплуатации, по сравнению с материалами на основе ПВХ.

Среди недостатков отметим только более высокую стоимость такой кровли. Которая вполне перекрывается всеми ее достоинствами.

Мембраны на основе ЭПДМ отличаются отличной стойкостью перед климатическими изменениями, эластичностью и длительностью эксплуатации.

Среди большого количества полимерных строительных материалов и изделий, к особой группе относят наличную полимерную кровлю. Среди преимуществ ее применения, отмечают:

  • отличные гидроизоляционные характеристики;
  • высокий уровень прочности;
  • стойкость к изменению температуры;
  • высокий уровень морозостойкости;
  • отсутствие стыков;
  • высокая стойкость к механическим повреждениям и износу;
  • стойкость перед гниением;
  • разнообразие цветовых решений;
  • легкость выполнения монтажных работ;
  • срок эксплуатации составляет около пятнадцати лет.

Полимерная кровля наливного характера очень схожа с мембраной, однако, они различаются в технологии монтажа материала. В зависимости от технологии наливки кровли она бывает:

  • полимерной;
  • полимерно-резиновой.

Первый вариант более распространен из-за наличия в нем огромного количества преимуществ. Для нанесения данного типа кровли потребуется налить состав на поверхность и равномерно распределить его с помощью кисти или валиком. Главным преимуществом данной кровли является полная ее герметичность, эластичность и монолитность.

В соотношении с технологией установки наливной кровли, она бывает:

  • армированной;
  • неармированной;
  • комбинированной.

Наливная кровля с армированием содержит в своем составе цельную битумную эмульсию и дополнительное армирование с помощью стеклоткани. Неармированное покрытие состоит из эмульсионного материала, который наносится непосредственно на кровлю, толщиной около 1 мм. Комбинированный вариант предполагает использование полимерных мастик, гидроизоляционных материалов рулонного типа, верхнего слоя, в составе которого присутствует каменная крошка, гравий и краска на влагостойкой основе. Нижний слой кровли содержит подкладку в виде недорогого рулонного материала. При этом, армирование обеспечивается верхним слоем из каменной крошки.

В составе полимерной наливной кровли присутствует:

  • композиции полимерного типа;
  • наполнители, повышающие эксплуатационные характеристики материала;
  • грунтовка, с помощью которой выполняется подготовка основания перед нанесением кровли;
  • армирующий состав — полиэфирное волокно или стеклоткань.

Довольно распространенным вариантом является использование кровли на основе полиуретана. Она отлично ложится на поверхность и легко устанавливается на сложных участках вблизи дымохода или телевизионной антены. Полиуретан делает кровлю схожей с резиной, он придает ей таких качеств как стойкость к перепаду температур, длительность эксплуатации.

Еще одним вариантом полимера на органической основе, используемого в процессе ремонта и изготовления наливной кровли, является полимочевина. Среди ее преимуществ отметим:

  • очень быстрая полимеризация, для хождения по кровле достаточно подождать один час после нанесения материала;
  • способность проводить работы при температуре до -16 и высокой влажности;
  • отличные электроизоляционные характеристики;
  • стойкость перед ультрафиолетовым излучением;
  • пожарная безопасность и стойкость перед высокой температурой;
  • длительность эксплуатации;
  • экологическая безопасность.

Применение полимерных материалов и изделий связано с разными отраслями промышленности и общественности. Использование полимочевины особо актуально в регионах с нестабильным климатом и резкими изменениями температурного режима.

Полимерные материалы и пластмассы. Состав и строение полимеров

Полимерными материалами или полимерами называются высокомолекулярные химические соединения, состоящие из многочисленных маломолекулярных звеньев (мономеров) одинакового строения. Чаще всего для получения полимеров применяют следующие мономеры: этилен, винилхлорид, винилацетат, винилденхлорид, тетрафторэтилен, пропилен, метилметакрилат, стирол, мочевину, фенол, меламин, формальдегид.

Особенностью молекул полимеров является их большая молекулярная масса (М > 5•103). Соединения с меньшей молекулярной массой (М = 500 – 5000) называются олигомерами, у низкомолекулярных соединений М

Различают природные и синтетические полимеры. К полимерам, встречающимся в природе, относятся натуральный каучук, целлюлоза, слюда, асбест, шерсть и т. д. Однако ведущее место занимают синтетические полимеры, получаемые в процессе химического синтеза из низкомолекулярных соединений.

В зависимости от способа образования высокомолекулярных синтетических соединений различают полимеры, получаемые либо в процессе поликонденсации, либо в результате реакции присоединения.

Полимеризация – это процесс соединения низкомолекулярных соединений в высокомолекулярные с образованием длинных цепей. Величиной степени полимеризации является количество меров в молекуле полимера. В большинстве полимеров их количество составляет от 1000 до 10000 единиц. В результате полимеризации получают такие часто применяемые полимеры, как полиэтилен, полипропилен, полистирол, поливинилхлорид, политетрафторэтилен, полибутадиен и др.

Поликонденсация – это ступенчатая реакция, заключающаяся в соединении большого количества одинаковых мономеров или двух различных групп (А и В) мономеров в макромолекулы (поликонденсаты) с одновременным образованием побочных продуктов (вода, аммиак, хлороводород, диоксид углерода, метиловый спирт и др. ).

С помощью реакции поликонденсации получают полиамиды, полиэстеры, фенопласты, аминопласты, поликарбонаты, полисульфоны, силиконы и другие полимеры.

Полиприсоединение – процесс образования полимера в результате реакции множественного присоединения мономеров, содержащих предельные реакционные группы, к мономерам, содержащим непредельные группы (двойные связи или активные циклы). В отличие от поликонденсации полиприсоединение протекает без выделения побочных продуктов.

К важнейшим реакциям полиприсоединения относятся получение поли-уретанов и процесс отверждения эпоксидных смол.

По составу все полимеры делятся на органические, элементоорганические и неорганические. Органические полимеры, составляющие наиболее обширную группу соединений, состоят из атомов углерода, водорода, кислорода, азота, серы и галогенов. Элементоорганические соединения содержат в составе основной цепи, кроме перечисленных, атомы кремния, титана, алюминия и других элементов, сочетающихся с органическими радикалами. В природе таких соединений нет. Это чисто синтетические полимеры. Их характерными представителями являются кремнийорганические соединения, основная цепь которых построена из атомов кремния и кислорода. Неорганические полимеры (силикатное стекло, керамика, слюда, асбест и др.) не содержат атомов углерода. Основой их являются оксиды кремния, алюминия, магния и др.

Для получения материалов с заданными свойствами в технике часто используют не сами полимеры, а их сочетания с другими материалами как органического, так и неорганического происхождения (металлопласты, пластмассы, полимербетоны, стеклопластики и др.).

Своеобразие свойств полимеров обусловлено их структурой. Различают следующие типы полимерных структур: линейную, линейно-разветвленную, лестничную и пространственную с громоздкими молекулярными группами и специфическими геометрическими построениями (рисунок 15.1).

Рисунок 15.1 – Различные типы структур полимеров: а – линейная; б – линейно-разветвленная; в – лестничная; г – пространственная сетчатая

Полимеры с линейной структурой представляют собой длинные зигзагообразные или закрученные в спираль цепочки (рисунок 15. 1, а). Их макромолекулы характеризуются повторениями вдоль цепи одной и той же структурной группы – звена или химической единицы цепи. Для полимеров с линейной структурой существенно наличие достаточно длинных макромолекул с резким различием характера связи вдоль цепи и между цепями (химические и межмолекулярные связи). Для макромолекул полимеров с линейной структурой характерна высокая гибкость. Гибкость – основное свойство полимерных цепей, приводящее к качественно новым свойствам: высокой эластичности и отсутствию хрупкости в твердом состоянии. Полимеры с линейно-разветвленной структурой помимо основной цепи имеют боковые ответвления (рисунок 15.1, б). К типичным полимерам с линейной структурой относится полиэтилен, с линейно-разветвленной – полиизобутилен и полипропилен.

Молекула полимера с лестничной структурой (рисунок 15.1, в) состоит из двух цепей, соединенных химическими связями. Полимеры с лестничной структурой, к которым относятся, например, кремнийорганические полимеры, характеризуются повышенной термостойкостью, жесткостью, они нерастворимы в органических растворителях.

Полимеры с пространственной структурой (рисунок 15.1, г) образуют при соединении макромолекул между собой в поперечном направлении прочные химические связи. В результате такого соединения макромолекул образуется сетчатая структура с различной густотой сетки или пространственная сетчатая структура. Полимеры с пространственной структурой обладают большей жесткостью и теплостойкостью, чем полимеры с линейной структурой. Полимеры с пространственной структурой являются основой конструкционных неметаллических материалов.

По фазовому составу полимеры представляют собой системы, состоящие из кристаллических и аморфных областей.

Кристаллическая фаза полимеров способствует повышению их твердости, прочности, модуля упругости и других механических характеристик, одновременно снижая гибкость молекул. Аморфная фаза уменьшает жесткость, делает полимер более эластичным, т. е. способным к большим обратимым деформациям. Отношение объема всех кристаллических областей к общему объему называют степенью кристалличности. Высокую степень кристалличности (60 – 80 %) имеют фторопласты, полипропилен, полиэтилен высокой плотности. Меньшей степенью кристалличности обладают поливинилхлорид, полиэтилен низкой плотности.

В зависимости от того, как ведут себя полимеры при нагреве, они делятся на термопластичные и термореактивные.

Термопластичные полимеры при нагреве размягчаются и плавятся, а при охлаждении затвердевают. При этом материал не претерпевает химических превращений, что делает процесс плавления-затвердевания полностью обратимым. Термопластичные полимеры имеют линейную или линейно-разветвленную структуру макромолекул. Между молекулами действуют слабые силы и нет химических связей. К термопластам относятся полиэтилен, полистирол, полиамиды и др. Изделия из термопластичных полимеров изготавливают литьем под давлением в водоохлаждаемые формы, прессованием, экструзией, выдуванием и другими способами.

Термореактивные полимеры сначала имеют линейную структуру и при нагреве размягчаются, затем в результате протекания химических реакций приобретают пространственную структуру и превращаются в твердое вещество, сохраняя и в дальнейшем высокую твердость. Последующий нагрев не размягчает их и может привести только к их разложению. Готовый термореактивный полимер не плавится и не растворяется, поэтому в отличие от термопластичного не может подвергаться повторной переработке. К термореактивным полимерам относятся феноло-формальдегидная, кремнийорганическая, эпоксидная и другие смолы.



Полимерные композиционные материалы

Полимерные композиционные материалы – это один из видов композиционных материалов на основе полимеров. Благодаря такому составу можно говорить о разнообразии получаемых материалов. Использование полимерных материалов будет влиять на свойства, которые должно получить готовое изделие. В настоящее время композиты могут состоять не только из одного полимера, их число может быть самым разнообразным. Для изменения оптических, физико-механических и других эксплуатационных свойств в состав материала включаются те или иные добавки. На основе одного полимера можно получить различные композиты в большом разнообразии. Поэтому, можно говорить о существовании большого количества полимерных композиционных материалов, среди которых следует особенно выделить углепластики, стеклопластики, органопластики, текстолиты, наполненные полимеры и так далее.

Стеклопластики – это полимерные композиционные материалы с добавлением стеклянных волокон из неорганического стекла. В основе материала – термопластичные полимеры и термореактивные смолы. За счет них материал отличается низким уровнем теплопроводности и прочности. Это довольно недорогой материал, поэтому используется в радиоэлектронике, строительстве, при изготовлении бытовых предметов и так далее.

Если говорить об углепластиках, то в этом случае к основе добавляются углеродные волокна, получаемые из природных и синтетических волокон целюллозы и других. Готовое углеволокно по свойствам будет зависеть от ряда факторов. В частности, следует сказать не только о высокой прочности, но и о легкости и упругости материала. Углепластики хорошо проводят электрический ток. Применяются в основном в машиностроении, авиации, для производства медицинской техники, спортивного инвентаря.

Органопластики также являются одним из видов полимерных композиционных материалов, которые в качестве наполнителя используют органические волокна. В основе композита лежат фенольные смолы, полиэфирные смолы, полиимиды. В готовом материале наполнителя будет примерно 40-70%. Органопластики отличаются прочностью к растяжению, низкой плотностью, устойчивостью к нагрузкам и механическим повреждениям. За счет своих качеств они применяются в авиатехнике, машиностроении и так далее.

Таим образом, за счет своего многообразия современные композиционные материалы широко применяются во всех сферах жизни. Также, можно отметить экономичность производства материалов.

Выбор полимерных материалов | ООО Северная торговая компания

Необходимость выбора полимеров может возникнуть как при конструировании нового изделия, так и при модернизации этого изделия за счёт использования новых модифицированных материалов (с улучшенными эксплуатационными и технологическими характеристиками), а также при необходимости использования материалов, более доступных для приобретения.

Выбор полимерных материалов – это один из главных этапов в процессе создания пластмассовых изделий. В конечном счёте используемый материал определяет те эксплуатационные характеристики, которыми будет обладать отливаемое изделие, и соответственно те условия, в которых возможна будет эксплуатация этого изделия без его разрушения.

При эксплуатации изделий из полимерных материалов возможны следующие виды воздействий:

  • Механические нагрузки
  • Различные виды деформаций
  • Повышенные температуры
  • Трение
  • Электрическое высокочастотное и низкочастотное поля
  • Пламя
  • Агрессивные среды
  • Воздействие масел, бензина и проч.

При этом достаточно часто на изделия воздействуют несколько факторов.

Исходя из вышесказанного, можно заключить, что для потребителя изделий из полимерных материалов важны именно их эксплуатационные свойства и выбор полимерных материалов должен осуществляться исходя из этого критерия.

Поэтому существует классификация полимеров по их эксплуатационным свойствам, согласно которой выделяют следующие основные виды полимерных материалов:

  • Конструкционные
  • Теплостойкие
  • Ударопрочные
  • Морозостойкие
  • Антифрикционные
  • Электроизоляционные
  • Химстойкие
  • Огнестойкие

В обобщённом виде выбор полимерного материала можно разделить на два шага:

  • выбор базового полимерного материала
  • улучшение эксплуатационных свойств базового полимерного материала
Выбор базового полимера

Базовые полимеры – это полимерные материалы, на основе которых создаются прочие полимерные материалы с расширенными свойствами. Процентное содержание базовых полимерных материалов в общей массе полимерного материла составляет около 95 %. Создаются полимерные материалы из базовых методами физической и химической модификации, а также путём создания на их основании полимерных композиционных материалов (ПКМ).

Каждый год промышленностью запускаются в производство всё новые и новые виды полимерных материалов, которые обладают улучшенными наборами свойств. Более доступными становятся материалы, выпускаемые за рубежом. При этом число базовых полимеров практически не меняется и на данный момент их число составляет несколько десятков.

Поэтому, выбор полимерного материала для будущего изделия можно свести к выбору базового полимера, учитывая с одной стороны способность самого материала модифицироваться и изменять свои свойства. А с другой стороны, учитывая условия эксплуатации изделия, его конструкции, технологических возможностей и экономической эффективности применения.

Выбор базового полимера основан на выяснении комплекса главных эксплуатационных характеристик будущих изделий: механических, электрических, химических и проч.

Большинство справочников по выбору полимеров подают информацию о полимерах не с точки зрения эксплуатационных характеристик, а с точки зрения их химической структуры: (карбоцепные термопластичные (полимеры этилена и его производных), гетероцепные термопластичные (полиэфиры, полиамиды и т. д.), реактопластичные полимерные материалы. А уже в разделе, посвящённом конкретному полимеру, можно найти его эксплуатационные характеристики. Такая подача материала является нецелесообразной и осложняет поиск необходимого материала.

Более эффективной подачей является классификация полимерных материалов в зависимости от конкретного свойства в виде таблиц.

В таких таблицах полимерные материалы располагаются в порядке убывания/возрастания по степени соответствия конкретному свойству.

Таблица. Классификация полимерных материалов по эксплуатационным свойствам
Полимерные материалы

Жесткие

Прочные

Ударопрочные

Теплостойкие

Морозостойкие

Электроизоляционные

Антифрикционные

Светотехнические

Пищевые

Хим. стойкие

Огнестойкие

Дешевые

Полиэтилен ВД и НД                        
Полипропилен                        
Полистирол                        
Ударопрочный полистирол                        
АБС-пластики                        
Полиметилметакрилат                        
Политетрафторэтилен                        
Поливинилхлорид                        
Пласт. поливинилхлорид                        
Сополимеры формальдегида                        
Пентапласт                        
Полифениленоксид                        
Полисульфон                        
Полиэтилентерефталат                        
Полибутилентерефталат                        
Поликарбонат                        
Полиамиды                        
Фенилон                        
Полиимиды                        
Фенопласты                        
Аминопласты                        
Полиэфирные материалы                        
Эпоксидные материалы                        
Кремнийорганопласты                        
Этролы                        
— полное соответствие — частичное соответствие — несоответствие

С помощью данных таблиц и производится отбор базового полимера.

На входе известны условия эксплуатации изделий —› на выходе имеем полимер, характеристики которого идеально подходят для данных условий эксплуатации.

Улучшение эксплуатационных свойств базовых полимеров

После выбора базового полимера необходимо выяснить насколько возможно улучшение эксплуатационных свойств базового полимера. Это улучшение возможно путём физической или химической модификации базового полимера, а также путём создания на основе базового полимера полимерных композиционных материалов (ПКМ). Таким способом возможно изменение значения некоторых характеристик в достаточно широких пределах.

Изделия, изготавливаемые на основе полимерных, материалов эксплуатируются в самых разнообразных областях, эти условия требуют наличия специальных свойств у полимеров.

Как указывалось выше, выделяют несколько групп полимерных материалов, исходя из их эксплуатационных свойств. Возможно расширение состава группы путём модифицирования полимеров.

При использовании модифицирующих наполнителей, пластификаторов и добавок, возможно повышение потребительских качеств любого полимерного материала, хотя цена при этом будет возрастать.

Производство полимерных материалов

По объёмам производства полимерные материалы можно условно разделить на следующие группы:

  • Крупнотоннажные – полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полистирол, сополимеры (несколько десятков миллионов тонн)
  • Среднетоннажные – основные инженерные полимерные материалы (такие, как полиамиды), объёмы мирового производства – несколько миллионов тонн.
  • Мелкотоннажные

Однако за короткий интервал времени объёмы потребления могут значительно измениться, что приведёт к значительному изменению объёмов производства.

Цены на полимерные материалы в сильной степени зависят именно от объёмов производства – для крупнотоннажных полимеров характерна наибольшая ценовая доступность.

Полимерные строительные материалы — способы получения производство полимеров

В последнее время в связи с развитием химической промышленности в строительстве все в больших масштабах начали применяться искусственные материалы, получаемые с использованием полимеров. Полимеры представляют собой высокомолекулярные соединения. Каждая молекула этих соединений содержит десятки и сотни тысяч атомов. Так, молекула целлюлозы высокомолекулярного вещества, из которого построены ткани всех растений, — содержит до 300 тыс. атомов.
Кроме полимера, в состав полимерных материалов могут входить: наполнитель, стабилизатор, пластификатор, краситель и некоторые другие вещества.

Наполнитель предназначается для придания материалу повышенной механической прочности и снижения стоимости. Некоторые из наполнителей, такие, как асбест, целлюлоза, стеклянное волокно, резко повышают сопротивление материала растяжению и изгибу.

В качестве наполнителей применяют так­же древесную муку и опилки, хлопчатобумажную ткань и бумагу и т. п.
Стабилизаторы служат для уменьшения старения полимерных материалов.
Пластификатор повышает пластические свойства — эластичность и гибкость полимерного материала, однако с одновременным снижением механической прочности и теплостойкости.

Удельный вес пластмасс колеблется в пределах от 0,92 (полиэтилен) до 2,2 г/см3 (фторопласт).
Механическая прочность пластмасс различна. Пластмассы могут иметь вид жестких материалов, напоминающих керамику, до гибких резиноподобных материалов.
Эластичность полимерных материалов характеризует а некоторой мере их удобоукладываемость. Эластичность зависит в определенной степени от температуры. Так, пленки полиэтилена и полиамидов с понижением температуры теряют гибкость и становятся хрупкими.

Полимерные материалы, как правило, обладают почти полной водонепроницаемостью и также повышенной, а некоторые материалы, как, например, фторопласт, даже исключительной химической стойкостью к действию кислот и щелочей. Они не подвержены коррозии. Однако полимерные материалы характеризуются ползучестью, а некоторые из них — старением, т. е. ухудшением ряда свойств под действием тепла, света, органических растворителей и т. п.
Пластичность высокомолекулярного вещества определяется характером построения его молекулы.

В зависимости от этого пластмассы делятся на два вида — термопласты и реактопласты (термореактивные пластмассы).
Качественное различие между ними состоит в том, что первые могут размягчаться при нагревании, а вторые размягчаются лишь один раз при изготовлении, после чего по существу теряют свои пластические свойства.

Термопласты допускают многократную переработку в новые изделия после очень длительной эксплуатации.
Указанное различие объясняется тем, что молекулы термопластов имеют линейное строение, представляя собой цепочку из групп атомов, а молекулы реактопластов соединены, т. е. как бы сшиты между собой.

Исходные продукты для изготовления полимерных материалов получают из таких широко доступных видов сырья, как уголо, известь, воздух, нефть, природные газы и т. п.

Пластмассы изготавливают из исходных материалов двумя способами — полимеризацией и поликонденсацией.
При полимеризации исходным материалом служат мономерэтилен, хлорвинил, стирол и т. п., молекулы которого соединяются между собой, образуя длинные цепочки нового вещества — полимера, резко отличающегося по своим свойствам от мономера.

Для ускорения реакции используют нагревание и катализаторы (ускорители процесса).
Полимеры, получаемые посредством полимеризации, являются чаще всего термопластами.
В случае соединения молекул разнородных веществ процесс называется уже совместной полимеризацией или сополимеризацией.

При поликонденсации смолы получается в результате реакции не менее двух различных химических веществ. При этом выделяется вода или другие побочные продукты. Так, при совместном нагревании фенола и формальдегида образуются новолачная фенолформальдегидная смола и вода.

Новолачная смола в отличие от всех остальных фенолформальдегидных смол является термопластичной.
В настоящее время осуществляются самые различные методы синтеза полимеров, которые позволяют получать высокомолекулярные материалы с почти любыми заданными свойствами. Для гидроизоляционных целей применяют различные полимерные материалы.

Изготовление полимерных материалов в виде рулонов, листов и пленок

Большое применение имеют полимерные материалы в виде рулонов, листов и пленок. Разница между пленкой и листовым материалом условная. Обычно пленкой называют материал толщиной до 1 мм, а листом — материал большей толщины.

Рулонные и пленочные материалы изготовляют на специальных машинах — экструдерах и многовалковых каландрах.
В экструзионной машине (Производится непрерывное выдавливание разогретой до вязкотекучего состояния пластмассы через специальную головку-дорн, имеющую отверстие кольцевой или щелевидной формы.

В первом случае из экструдера выдавливают тонкостенную трубу, которую затем раздувают до необходимых размеров горячим воздухом. Полученную пленку разрезают, вытягивают с целью увеличения ее прочности и наматывают на барабан.

Головка с щелевидным отверстием позволяет получать непрерывный лист термопласта толщиной 1—3 мм и шириной до 1800 мм.
Пленку из полихлорвиниловой смолы обычно получают вальцеванием. Смолу предварительно перемешивают в специальных смесителях с пластификаторами и стабилизаторами,а в случае надобности и с красителями и направляют в термостаты для вызревания.

Полученную массу затем прокатывают на вальцах и далее на многовалковых каландрах, позволяющих получать пленки пластиката совершенно одинаковой заданной толщины (0,05—0,5 мм).
Пленки из полиамидов получают способом полива, заключающимся в том, что расплавленную смолу выливают через тонкое щелевидное отверстие (фильеру) на барабан или непрерывно движущуюся металлическую ленту, на которой смола остывает, превращаясь в плешку.

Полихлорвиниловый пластикат изготавливают в виде листового или рулонного гибкого материала. Используется он как в качестве самостоятельного защитного покрова, так и в качестве подслоя.
Полихлорвиниловый пластикат имеет прочность при растяжении в пределах 90— 140 кг/см2; он водостоек и практически водонепроницаем; его водонепроницаемость в З раза выше, чем у битумных рулонных материалов.

При температуре ниже —30° пластикат делается хрупким, при +60° размягчается, при +140° деформируется, а при +170— 200° сваривается.
Пластикат выпускают в виде листов и лент толщиной от 1 до 5 мм (ВТУ МХП 40—53).
Полихлорвиниловый пластикат толщиной 1—2 мм применяется для гидроизоляции бетонных и железобетонных сооружений. Исследованиями свойств пластиката установлено, в частности, что этот материал выдерживает большие статические и ударные нагрузки, за исключением режущих и колющих.

Набухание пластиката после двухмесячного водного хранения составляет 0,3%. Для сравнения следует указать, что водопоглощение гидроизола составляет до 15%, а битумных рулонных материалов на картонной основе достигает 40%.
Потеря в весе пластиката после двухмесячного хранения в сушильном шкафу при температуре 60° составляет 6%, но материал внешне не изменяется и не теряет эластичности. Это означает, что возможно применение пластиката в зоне повышенных температур.

В Германии и Швеции широко применяют рулонные материалы на основе полиизобутилена. Толщина полотнищ такого материала 1,15 я 2 мм при ширине 0,8 и 1 ж и длине до 12 м.
Предел прочности при растяжении составляет 33—46 кг/см2 при относительном удлинении 300—800%.
Полиизобутилен (ВТУ МХП В-1665 — 54-р или 1761—54-р)—каучукоподобный эластичный материал, получаемый полимеризацией изобутилена в присутствии катализаторов при температурах около 100°.
Изделия из полиизобутилена используют при температурах от —60 до +60°.

Полиизобутилен характеризуется свойстом хладотекучести, отличается высокой химческой стойкостью и водостойкостью. При обычных условиях он устойчив к действию щелочей и почти всех кислот, в том числе царской водки.
Сравнительно легко растворяется в ароматических и хлорированных углеводородах.

В спиртах и эфирах нерастворим.
В виде листов толщиной 2—3 мм полиизобутилен используют с добавлением полиэтилена. У нас изготавливают такие материалы при добавлении полиэтилена в количестве 30% (ПОВ-30) и 50% (ПОВ-50), обладающие в противовес чистому полиизобутилену повышенной прочностью и упругостью.

Применяют также листовые материалы толщиной до 2,5 мм на основе полиизобутилена с добавкой сажи и графита (соотношение 1 :1 : 1 — марка ПСГ—ТУ МХП 2987—52), а также 200% сажи и 5% парафина (марка ПС-2).
Вопрос применения этих материалов в качестве гидроизоляционных у нас находится в стадии изучения.
Во Франции гидроизоляционный материал на основе полиизобутилена с армировкой стеклянной тканью выпускают в рулонах шириной 1 м и длиной 15—50 м.

На основе синтетического нитрильного каучука у нас изготавливается рулонный резиноподобный материал — СНК-40.
СНК-40 характеризуется следующими свойствами: набухание в воде практически равно нулю; прочность при растяжении 260— 300 кг/см2; относительное удлинение 600— 700% при остаточном 20—30%.

Недостаток материала — небольшая температура хрупкости — 23°.
Пленки применяются также из полиэтилена и полиамидов. Пленки из полиэтилена (ВТУ МХП 4430—50) обладают высокой водонепроницаемостью и химической стойкостью.

Они удлиняются при растяжении на 150— 500%. Водопоглощение составляет 0,01%.
Полиэтиленовую пленку выпускают шириной до 800 мм.
Пленки из полиамидов (например, ПК-4) обладают высокой механической прочностью, термостойкостью и химической стойкостью, но в то же время поглощают и пропускают воду. Водопоглощение ее за 24 часа составляет 3—5%.

Пленки из фторопласта обладают очень хорошими свойствами в отношении водонепроницаемости и химической стойкости; материал не смачивается водой и не набухает, однако стоимость его очень высока.

Полимерный материал – обзор

3.2.2.1 Принцип криогенного измельчения

Полимерные материалы имеют соответствующие точки хрупкости и точки стеклования при низкой температуре. Когда температура ниже точки хрупкости, полимерные материалы становятся хрупкими. В различных диапазонах температур ударная вязкость полимерных материалов будет разделена на три зоны: зону пластичности, переходную зону и зону хрупкости.

В зоне пластичности, как и при высокой эластичности резины, полимерные материалы могут растягиваться в высокоэластичном состоянии, а процесс разрушения постоянных нагрузок может длиться более 1 секунды, что отличается от мгновенности в момент ударного разрушения. В полимерных материалах, которые находятся в переходной зоне между высокоэластичным состоянием и стеклообразным состоянием, будет относительно стабильное образование шейки и холодное волочение, поэтому удлинение будет высоким.

В зоне хрупкости полимерные материалы находятся в стеклообразном состоянии, прочность на растяжение, сопротивление сжатию и твердость повышаются, а пластичность, ударная вязкость и относительное удлинение снижаются. Когда материалы подвергаются внешней силе, неровные частицы и мелкие трещины накапливают энергию в материалах, заставляя трещины постоянно расширяться.Трещины являются внутренним фактором повреждения, который увеличивает скорость деформации ползучести и релаксации напряжения. В результате образования трещин и растрескивания напряжения становятся более концентрированными, что приводит к скольжению или разрыву некоторых молекулярных цепей. По мере увеличения скорости деформации хрупкость материала будет усиливаться, и в результате разрушение будет хрупким.

В целом хрупкость полимерных материалов увеличивается при понижении температуры. При измельчении полимерных материалов такое свойство будет использоваться, то есть измельчение полимерных материалов методом высокоскоростного удара при низкой температуре.

Низкая температура выполняет три функции: (1) Потребление локального тепла, выделяемого во время измельчения, предотвращение повышения температуры и поддержание низкой температуры; (2) снижение ударной вязкости и удлинения при разрыве полимерных материалов, что облегчает их измельчение; и (3) резкое снижение тепловыделения при измельчении и повышение производительности измельчения.

При измельчении при низкой температуре низкотемпературный эффект достигается за счет использования хладагентов. В качестве хладагентов для криогенного измельчения обычно используются жидкий азот и метан.Благодаря большой скрытой теплоте и отсутствию скрытой опасности взрыва жидкий азот, как инертный сжиженный газ, имеет широкую область применения.

Что такое полимер? | MATSE 81: Materials In Today’s World

Нажмите, чтобы посмотреть расшифровку книги «От ДНК до замазки: разнообразный мир полимеров».

Что общего между шелком, ДНК, деревом, воздушными шарами и замазкой? Это полимеры.

Полимеры настолько прочно вошли в нашу жизнь, что представить мир без них практически невозможно, но что это, черт возьми, такое? Полимеры — это большие молекулы, состоящие из небольших единиц, называемых мономерами, соединенных вместе, как вагоны поезда.Поли означает «много», «моно» означает «один», а «мерс» или «меро» означает «части». Многие полимеры производятся путем многократного повторения одного и того же небольшого мономера, в то время как другие состоят из двух мономеров, связанных по образцу.

Все живые существа сделаны из полимеров. Некоторые органические молекулы в организмах маленькие и простые, имеющие только одну из нескольких функциональных групп. Другие, особенно те, которые играют структурную роль или хранят генетическую информацию, представляют собой макромолекулы. Во многих случаях эти макромолекулы представляют собой полимеры.Например, сложные углеводы — это полимеры простых сахаров, белки — полимеры аминокислот, а нуклеиновые кислоты, ДНК и РНК, содержащие нашу генетическую информацию, — полимеры нуклеотидов. Деревья и растения сделаны из полимерной целлюлозы. Это твердый материал, который вы найдете в коре и стеблях. Перья, мех, волосы и ногти состоят из белка кератина, который также является полимером. Это не останавливаться на достигнутом. Знаете ли вы, что экзоскелеты членистоногих, крупнейшего отдела животного мира, состоят из полимерного хитина?

Полимеры также составляют основу синтетических волокон, каучуков и пластмасс.Все синтетические полимеры получают из нефтяного масла и производят путем химических реакций. Двумя наиболее распространенными типами реакций, используемых для получения полимеров, являются реакции присоединения и реакции конденсации. В дополнительных реакциях мономеры просто сливаются, образуя полимер. Процесс начинается со свободного радикала, вида с неспаренным электроном. Свободные радикалы атакуют и разрывают связи, образуя новые связи. Этот процесс повторяется снова и снова для создания длинноцепочечного полимера. В реакциях конденсации небольшая молекула, такая как вода, образуется с каждой реакцией удлинения цепи.

Первые синтетические полимеры были созданы случайно как побочные продукты различных химических реакций. Думая, что они бесполезны, химики в основном выбрасывали их. Наконец, некто по имени Лео Бакеланд решил, что его бесполезный побочный продукт не так уж и бесполезен. Результатом его работы стал пластик, которому можно было постоянно придавать форму с помощью давления и высоких температур. Поскольку название этого пластика, полиоксибензилметиленгликольангидрид, было не очень броским, рекламщики назвали его бакелит.Из бакелита изготавливали телефоны, детские игрушки и изоляторы для электрических устройств. С его развитием в 1907 году индустрия пластмасс взорвалась.

Еще один известный полимер, Silly Putty, также был изобретен случайно. Во время Второй мировой войны Соединенные Штаты отчаянно нуждались в синтетическом каучуке для поддержки вооруженных сил. Команда химиков General Electric попыталась создать его, но в итоге получила липкую мягкую замазку. Это не был хороший заменитель резины, но у него было одно странное качество: он казался чрезвычайно упругим.Глупая шпатлевка родилась!

Синтетические полимеры изменили мир. Подумай об этом. Можете ли вы представить себе прожить один день без использования пластика? Но не все полимеры хороши. Пенополистирол, например, сделан в основном из стирола, который был идентифицирован Агентством по охране окружающей среды как возможный канцероген. В процессе производства изделий из пенополистирола или по мере их медленного разложения на свалках или в океане они могут выделять токсичный стирол в окружающую среду. Кроме того, пластмассы, созданные в результате реакций аддитивной полимеризации, такие как пенополистирол, полиэтиленовые пакеты и ПВХ, прочны и безопасны для пищевых продуктов, но это означает, что они не разрушаются в окружающей среде. Ежегодно миллионы тонн пластика выбрасываются на свалки. Этот пластик не подвергается биологическому разложению, он просто распадается на все более мелкие кусочки, воздействуя на морских обитателей и в конечном итоге возвращаясь к людям.

Полимеры могут быть мягкими или твердыми, мягкими или твердыми, хрупкими или прочными. Огромная разница между ними означает, что они могут образовывать невероятно разнообразные вещества, от ДНК до нейлоновых чулок. Полимеры настолько полезны, что мы привыкли зависеть от них каждый день. Но некоторые из них засоряют наши океаны, города и водные пути, оказывая влияние на наше здоровье, которое мы только начинаем понимать.

Материаловедение и инженерия: Полимеры

Полимер (название означает «много частей») представляет собой молекулу с длинной цепью, состоящую из множества повторяющихся звеньев, называемых мономерами . Полимеры могут быть природными (органическими) или синтетическими. Они повсюду: в пластике (бутылки, игрушки, виниловый сайдинг, упаковка), косметике, шампунях и других средствах по уходу за волосами, контактных линзах, природе (раковины панцири, янтарь), продуктах питания (белки, крахмалы, желатин, камедь, глютен), ткани, мячей, кроссовок и даже в вашей ДНК! Специалист в области науки о полимерах может найти работу практически в любой отрасли.

Сколько полимера нужно, чтобы превратить воду в липкую массу?

Полимерные цепи проникают друг в друга при растворении в растворителе. На этом изображении бутылка содержит высоковязкий полимерный раствор, состоящий всего из 2% высокомолекулярного полиэтиленоксида, растворенного в 98% воды. Высокомолекулярный полимер может состоять из 10 000–100 000 мономеров!

 

 

Как MSE в UMD работает с полимерами?


 

Новый способ лечения вирусов: Дэн Джаниак, выпускник программы магистратуры MSE, разработал полимер, называемый гидрогелем с молекулярным отпечатком, который можно использовать для фильтрации вирусов из вашей крови!

 

 

Это не абстрактное искусство и не странный рисунок обоев…  эти формы образуются путем самосборки тонкой пленки блок-сополимера, одного из классов полимеров, содержащих группы (или «блоки») различных молекул мономера, соединенных встык. Черные области представляют собой ямы или провалы на пленке. Разработанные исследовательской группой профессора MSE Роберта М. Брибера в сотрудничестве с NIST, эти полимеры можно использовать для создания узоров, которые будут служить шаблонами при производстве нано- или микроразмерной электроники.

«Веселый» мяч, «Грустный» мяч —  Эти два мяча выглядят, но ведут себя по-разному.При падении «счастливый» мяч отскочит, а «грустный» — нет. Это связано с тем, что «счастливый» мяч сделан из неопрена, эластичного полимера, а «грустный» — из полинорборена, полимерного материала, предназначенного для поглощения энергии. Шар из полинорборена поглощает удар при ударе о поверхность, заставляя его «падать, как камень». Такие материалы, как полинорборен, можно использовать в спортивной обуви для поглощения энергии во время бега или прыжков, предотвращая удары по стопе или ноге.

Суперабсорбирующие полимеры
Суперабсорбирующие полимеры представляют собой особый класс полимеров, называемых полиэлектролитами, которые имеют заряд на полимерной цепи, повышающий растворимость в воде. Они обычно используются в виде небольших частиц, которые сшиты, поэтому они скорее образуют гель, чем полностью растворяются. Полимерный гель поглощает воду, и заряды вдоль цепи отталкиваются друг от друга, растягивая цепь и усиливая набухание геля. Суперабсорбирующие полимеры могут легко поглощать воду в 100 раз больше своего объема! Полимеры с суперабсорбентом используются в таких продуктах, как одноразовые подгузники, для очистки воды от разливов в окружающей среде и для предотвращения стока дождевой воды в сельскохозяйственных районах.

Полимерные цепи: «Полимер в банке»
Наша демонстрация «полимер в банке» показывает относительный размер полимерной цепи, увеличенный до макроскопических размеров. Если рассчитать эквивалентную молекулярную массу для «цепи», показанной в фильме (при условии молекулы полиэтилена), значение составит около 80 000 г/моль. Это полимер с относительно низкой молекулярной массой, и для многих применений полиэтилена требуется значительно более высокая молекулярная масса для достижения хороших механических свойств.


Для получения дополнительной информации онлайн:

Узнайте, как пластмассы используются в транспортных средствах, электронике, упаковке и строительстве; как пластмассы способствуют безопасности и помогают экономить энергию; как они перерабатываются; и как люди делают больше с меньшим количеством пластика, чем раньше.

Полимеры могут обладать качествами жидкостей или твердых тел. Silly Putty — отличный пример полимера, сочетающего в себе оба свойства: при медленном растяжении он жидкий, но если его разъединить, он ломается, как твердое тело.

Такие лакомства, как жевательные конфеты и желе, содержат желатин, пищевой полимер. Желатин также используется для изготовления капсул с лекарствами и многих других вещей, включая пленку для кино и фотоаппаратов.

Резина — это полимер, а пластиковая бутылка и шампунь в ней содержат полимеры.

Глупая замазка

Желе

Резиновые шины

Шампунь

 

Что такое полимеры?

Что такое полимеры?

Полимеры представляют собой вещества, содержащие большое количество структурных единиц, соединенных связью одного типа. Эти вещества часто образуют цепочечную структуру. Полимеры в природе существуют с незапамятных времен. Крахмал, целлюлоза и каучук обладают полимерными свойствами. Искусственные полимеры изучаются с 1832 года. Сегодня полимерная промышленность стала больше, чем алюминиевая, медная и сталелитейная промышленность вместе взятые.

Область применения полимеров уже намного превосходит возможности любого другого класса материалов, доступных человеку. Текущие области применения простираются от клеев, покрытий, пенопластов и упаковочных материалов до текстильных и промышленных волокон, композитов, электронных устройств, биомедицинских устройств, оптических устройств и прекурсоров для многих недавно разработанных высокотехнологичных керамических изделий.

Применение полимеров:

Сельское хозяйство и агробизнес

  • Полимерные материалы используются в почве и на ней для улучшения аэрации, обеспечения мульчи и стимулирования роста и здоровья растений.

    Медицина

  • Многие биоматериалы, особенно заменители сердечных клапанов и кровеносные сосуды, изготовлены из таких полимеров, как дакрон, тефлон и полиуретан.

    Потребительские науки

  • Пластиковые контейнеры всех форм и размеров легкие и экономически менее дорогие, чем более традиционные контейнеры.Одежда, напольные покрытия, мешки для мусора и упаковка — другие области применения полимеров.

    Промышленность

  • Автомобильные детали, ветровые стекла для самолетов-истребителей, трубы, баки, упаковочные материалы, изоляция, заменители древесины, клеи, матрицы для композитов и эластомеры — все это полимеры, используемые на промышленном рынке.

    Спорт

  • Оборудование для игровых площадок, различные мячи, клюшки для гольфа, бассейны, защитные каски часто изготавливают из полимеров.
Следующая тема: История полимеров

Полимеры Содержание
Домашняя страница MAST

Натуральные и синтетические полимеры — Центр Гельфанда

Полимеры бывают двух видов: синтетические и натуральные. Синтетические полимеры получают из нефтяного масла и производят ученые и инженеры. Примеры синтетических полимеров включают нейлон, полиэтилен, полиэстер, тефлон и эпоксидную смолу. Природные полимеры встречаются в природе и могут быть извлечены.Часто они на водной основе. Примерами встречающихся в природе полимеров являются шелк, шерсть, ДНК, целлюлоза и белки.

В предыдущем разделе, посвященном сетчатым полимерам, мы упоминали вулканизированный каучук и пектин. Вулканизированный каучук представляет собой синтетический (искусственный) полимер, а пектин является примером природного полимера.

Каучук можно найти в природе и собрать в виде латекса (молочной жидкости) с нескольких видов деревьев. Натуральный каучук, полученный из древесного латекса, по существу представляет собой полимер, состоящий из звеньев изопрена с небольшим процентом примесей.Каучук также может быть изготовлен (синтезирован) человеком. Синтетический каучук можно получить путем полимеризации различных мономеров, в том числе изопрена.

Натуральный каучук неудобен в обращении (липкий), не обладает хорошими свойствами и долговечностью (гниет). Обычно его вулканизируют — процесс, при котором резину нагревают в присутствии серы, чтобы улучшить ее упругость, эластичность и долговечность. Синтетический каучук предпочтительнее, потому что различные мономеры можно смешивать в различных пропорциях, что приводит к широкому диапазону физических, механических и химических свойств.Мономеры могут быть получены в чистом виде, а добавление примесей или добавок может контролироваться конструкцией для получения оптимальных свойств.

Вулканизация, также называемая отверждением, представляет собой химический процесс, используемый в резиновой промышленности, при котором отдельные полиизопреновые цепи соединяются с другими полиизопреновыми цепями химическими связями (см. последовательность реакций ниже). Фактическое химическое сшивание обычно выполняется с помощью серы, но есть и другие технологии, которые также можно использовать. Вулканизация — необратимый процесс, как выпечка торта.Обычно мягкие и упругие молекулы каучука соединяются вместе, в результате чего получается более твердый материал с большей прочностью и химической стойкостью. Вулканизация изменяет поверхность материала с очень липкой на гладкую, мягкую поверхность, которая не прилипает к металлическим или пластиковым подложкам.

Источник: www.chemistrydaily.com.

Пектин представляет собой полимер с длинной цепью, состоящий из пектиновой кислоты и молекул пектиновой кислоты (см. структуру ниже). Поскольку эти кислоты являются сахарами, пектин называют полисахаридом.Его получают из кожуры цитрусовых и остатков яблок. В растении/плоде пектин представляет собой материал, соединяющий растительные клетки вместе.

Источник: www.cybercolloids.net.

Цепочки пектина образуют сеть, поскольку некоторые сегменты цепей пектина соединяются вместе путем кристаллизации, образуя трехмерную сеть, в которой удерживаются вода, сахар и другие материалы. Образование геля вызывается физическими или химическими изменениями, которые имеют тенденцию снижать растворимость пектина, что способствует образованию мелких локализованных кристаллов.Наиболее важным фактором, влияющим на склонность пектина к гелеобразованию, является температура.

При охлаждении горячего раствора, содержащего пектин, движение молекул уменьшается, а их склонность к объединению в гелевую сеть увеличивается. Эта способность делает пектин хорошим загустителем для многих пищевых продуктов, таких как желе и джемы. Если в смеси достаточно сахара, пектин образует твердый гель.

типов полимеров | Школа материаловедения и инженерии

Существует 3 основных класса полимеров – термопласты, термореактивные полимеры и эластомеры.Различие между этими классами лучше всего определяется их поведением при воздействии тепла.

  • Термопластичные полимеры могут быть аморфными или кристаллическими. Они ведут себя относительно пластично, но часто имеют низкую прочность.
  • Термореактивные полимеры всегда аморфны и, как правило, прочны и жестки, но часто хрупки.
  • Эластомеры всегда аморфны и используются при эксплуатации выше их Tg. Они обладают уникальной способностью очень сильно упруго деформироваться без необратимого повреждения своей формы.

 

Термопласты

Термопласты могут иметь аморфную или кристаллическую структуру.

В термопластах длинноцепочечные молекулы существуют в виде линейных связей, но также связаны друг с другом вторичными силами Ван-дер-Ваальса (вторичные связи).

При достаточно высокой температуре возбуждения молекулярных цепей достаточно, чтобы преодолеть эту связывающую силу, и они могут свободно перемещаться друг по другу, образуя вязкую жидкость.Можно предположить, что вторичные связи расплавились. Температуру стеклования (Tg) можно рассматривать как температуру плавления вторичных связей.

Когда полимер охлаждается, вторичные силы снова преобладают, и молекулярные цепи возвращаются обратно в ограниченное состояние. Это означает, что термопласты можно плавить и переплавлять, что упрощает их переработку.

 

Реактопласты

В термореактивных пластмассах молекулы с длинной цепью существуют в аморфной сети с поперечными связями.Это означает, что длинные молекулярные цепи связаны друг с другом ковалентными связями. Образование этих поперечных связей известно как отверждение.

Сшивка устанавливает молекулярные цепи на место и, следовательно, означает, что термореактивный пластик не может быть переплавлен, а вместо этого разлагается при нагревании до температуры выше Tg.

Сшивание препятствует организации молекул в упорядоченную кристаллическую структуру, что означает, что термореактивные полимеры существуют только в аморфном состоянии.

 

Эластомеры

В эластомерах длинные молекулярные цепи существуют в виде аморфных линейных связей с редкими поперечными связями.

При комнатной температуре уровень возбуждения цепей уже превышает вторичные связи Ван-дер-Ваальса, однако существующие в структуре поперечные связи возвращают эластомер обратно в его первоначальную форму после деформации.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

.

Оставить комментарий