Полимер материал: технологи, төрөл, үйлдвэрлэл, хэрэглээ

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 10:35

Полимер материалууд нь ижил бүтэцтэй олон тооны жижиг молекул мономеруудаас (нэгж) бүрдэх химийн өндөр молекулын нэгдлүүд юм. Полимер үйлдвэрлэхэд ихэвчлэн дараахь мономер бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ашигладаг: этилен, винил хлорид, винил дехлорид, винил ацетат, пропилен, метилметакрилат, тетрафторэтилен, стирол, мочевин, меламин, формальдегид, фенол. Энэ нийтлэлд бид полимер материал гэж юу болох, тэдгээрийн химийн болон физик шинж чанар, ангилал, төрлийг нарийвчлан авч үзэх болно.

Полимерийн төрөл

Энэ материалын молекулуудын нэг онцлог нь том молекул жинтэй бөгөөд энэ нь дараах утгатай тохирч байна: М>5103. Энэ үзүүлэлтээс доогуур түвшинтэй (M=500-5000) нэгдлүүдийг олигомер гэнэ. Бага молекул жинтэй нэгдлүүдэд масс нь 500-аас бага байдаг Дараах төрлийн полимер материалыг ялгадаг: синтетик ба байгалийн. Сүүлийнх нь байгалийн резин, гялтгануур, ноос, асбест, целлюлоз гэх мэт орно. Гэсэн хэдий ч гол байрыг бага молекул жинтэй нэгдлүүдээс химийн синтезийн процессын үр дүнд гаргаж авсан синтетик полимерууд эзэлдэг. хамааралтайӨндөр молекулт материалыг үйлдвэрлэх аргаас полимерүүд нь поликонденсаци эсвэл нэмэлт урвалаар үүсдэг.

Полимержих

Энэ процесс нь бага молекул жинтэй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг өндөр молекул жинтэй болгохын тулд урт гинжийг олж авах үйл явц юм. Полимержих түвшин нь тухайн найрлагын молекул дахь "мер"-ийн тоо юм. Ихэнхдээ полимер материал нь мянгаас арван мянган нэгжийг агуулдаг. Полимержих замаар дараах түгээмэл хэрэглэгддэг нэгдлүүдийг гаргаж авдаг: полиэтилен, полипропилен, поливинил хлорид, политетрафторэтилен, полистирол, полибутадиен гэх мэт.

Поликонденсац

Энэ процесс нь нэг төрлийн олон тооны мономер эсвэл хос өөр бүлгийг (А ба В) поликонденсатор (макромолекул) болгон нэгтгэж, дараах бодисыг нэгэн зэрэг үүсгэхээс бүрдэх шаталсан урвал юм. дайвар бүтээгдэхүүн: метилийн спирт, нүүрстөрөгчийн давхар исэл, устөрөгчийн хлорид, аммиак, ус гэх мэт. Поликонденсаци нь силикон, полисульфон, поликарбонат, амин хуванцар, фенол хуванцар, полиэфир, полиамид болон бусад полимер материалыг үүсгэдэг.

Polyadition

Энэ процессыг ханаагүй бүлгийн мономеруудад (идэвхтэй мөчлөг эсвэл давхар холбоо) хязгаарлах урвалын нэгдэл агуулсан мономерийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг олон удаа нэмсэний үр дүнд полимер үүсэхийг ойлгодог. Поликонденсацаас ялгаатай нь полиaddition урвал нь ямар ч дайвар бүтээгдэхүүнгүйгээр явагддаг. Энэ технологийн хамгийн чухал процесс бол эпокси давирхайг хатууруулах, полиуретан үйлдвэрлэх явдал юм.

Полимерын ангилал

Бүх полимер материалын найрлага нь органик бус, органик болон органоэлемент гэж хуваагддаг. Тэдний эхнийх нь (силикат шил, гялтгануур, асбест, керамик гэх мэт) атомын нүүрстөрөгч агуулаагүй болно. Эдгээр нь хөнгөн цагаан, магни, цахиур гэх мэт исэлд суурилдаг. Органик полимерууд нь хамгийн өргөн хүрээний ангиллыг бүрдүүлдэг бөгөөд тэдгээр нь нүүрстөрөгч, устөрөгч, азот, хүхэр, галоген, хүчилтөрөгчийн атомуудыг агуулдаг. Органоэлементийн полимер материалууд нь үндсэн гинжин хэлхээнд жагсаасан зүйлсээс гадна цахиур, хөнгөн цагаан, титан болон органик радикалуудтай нэгдэх боломжтой бусад элементүүдийн атомуудтай нэгдлүүд юм. Ийм хослолууд байгальд байдаггүй. Эдгээр нь зөвхөн синтетик полимерууд юм. Энэ бүлгийн онцлог шинж чанарууд нь цахиурын органик нэгдлүүд бөгөөд тэдгээрийн гол хэлхээ нь хүчилтөрөгч, цахиурын атомуудаас бүрддэг.

Шаардлагатай шинж чанар бүхий полимер авахын тулд технологи нь ихэвчлэн "цэвэр" бодисыг бус, органик болон органик бус бүрэлдэхүүн хэсгүүдтэй хослуулан хэрэглэдэг. Сайн жишээ бол барилгын полимер материал юм: металл-хуванцар, хуванцар, шилэн шилэн, полимер бетон.

Полимерийн бүтэц

Эдгээр материалын шинж чанарын онцлог нь тэдгээрийн бүтэцтэй холбоотой бөгөөд энэ нь эргээд шугаман салаалсан, шугаман, орон зайн гэсэн төрөлд хуваагддаг.том молекулын бүлгүүд, маш тодорхой геометрийн бүтэцтэй, түүнчлэн шат. Тэдгээрийг тус бүрээр нь товчхон авч үзье.

Шугаман салаалсан бүтэцтэй полимер материалууд нь молекулуудын үндсэн гинжин хэлхээнээс гадна хажуугийн салаатай байдаг. Эдгээр полимерүүдэд полипропилен ба полиизобутилен орно.

Шугаман бүтэцтэй материалууд нь урт зигзаг буюу спираль гинжтэй байдаг. Тэдний макромолекулууд нь үндсэндээ гинжин хэлхээний нэг бүтцийн бүлэг эсвэл химийн нэгж дэх сайтуудын давтагдах шинж чанартай байдаг. Шугаман бүтэцтэй полимерууд нь гинжин хэлхээний дагуух болон тэдгээрийн хоорондох холбоосын шинж чанарт ихээхэн ялгаатай маш урт макромолекулууд байдгаараа ялгагдана. Энэ нь молекул хоорондын болон химийн холбоог хэлнэ. Ийм материалын макромолекулууд нь маш уян хатан байдаг. Мөн энэ шинж чанар нь полимер гинжин хэлхээний үндэс бөгөөд чанарын хувьд шинэ шинж чанарыг бий болгодог: өндөр уян хатан чанар, түүнчлэн хатсан төлөвт хэврэгшил байхгүй.

Тэгээд одоо орон зайн бүтэцтэй полимер материал гэж юу болохыг олж мэдье. Эдгээр бодисууд нь макромолекулууд бие биетэйгээ нэгдэх үед хөндлөн чиглэлд хүчтэй химийн холбоо үүсдэг. Үүний үр дүнд торны жигд бус буюу орон зайн суурьтай торон бүтцийг олж авдаг. Энэ төрлийн полимерууд нь шугаманаас илүү халуунд тэсвэртэй, хатуулагтай байдаг. Эдгээр материалууд нь олон төрлийн бүтцийн металл бус бодисын үндэс суурь болдог.

Шат бүтэцтэй полимер материалын молекулууд нь химийн холбоогоор холбогдсон хос гинжээс тогтдог. Үүнд:Цахиурын органик полимерууд нь хатуулаг, халуунд тэсвэртэй байдал зэргээр тодорхойлогддог бөгөөд тэдгээр нь органик уусгагчидтай харьцдаггүй.

Полимеруудын фазын найрлага

Эдгээр материалууд нь аморф болон талст бүсээс бүрдэх системүүд юм. Тэдгээрийн эхнийх нь хөшүүн байдлыг багасгахад тусалдаг, полимерийг уян харимхай болгодог, өөрөөр хэлбэл их хэмжээний урвуу хэв гажилт хийх чадвартай байдаг. Кристал фаз нь тэдгээрийн хүч чадал, хатуулаг, уян хатан модуль болон бусад үзүүлэлтүүдийг нэмэгдүүлэхийн зэрэгцээ бодисын молекулын уян хатан чанарыг бууруулдаг. Ийм бүх талбайн эзлэхүүний нийт эзэлхүүний харьцааг талстжилтын зэрэг гэж нэрлэдэг бөгөөд хамгийн их түвшин (80% хүртэл) нь полипропилен, фторопласт, өндөр нягтралтай полиэтилентэй байдаг. Поливинил хлорид, нягтрал багатай полиэтиленүүд нь талсжилтын түвшин багатай.

Полимер материалыг халаах үед хэрхэн ажиллахаас хамааран тэдгээрийг ихэвчлэн термостат ба термопластик гэж хуваадаг.

Термосет полимер

Эдгээр материалууд нь үндсэндээ шугаман бүтэцтэй. Халах үед тэдгээр нь зөөлрдөг боловч тэдгээрт тохиолддог химийн урвалын үр дүнд бүтэц нь орон зайн бүтэц болж өөрчлөгдөж, бодис нь хатуу болж хувирдаг. Цаашид ч энэ чанар хадгалагдана. Полимер нийлмэл материалыг энэ зарчмаар бүтээдэг. Тэдний дараагийн халаалт нь бодисыг зөөлрүүлэхгүй, харин зөвхөн задралд хүргэдэг. Бэлэн болсон термосет хольц нь уусдаггүй, хайлдаггүйдахин боловсруулахыг хориглоно. Энэ төрлийн материалд эпокси силикон, фенол формальдегид болон бусад давирхай орно.

Термопластик полимер

Эдгээр материалыг халаахад эхлээд зөөлрөөд хайлж, хөргөхөд хатуурдаг. Энэ эмчилгээний явцад термопластик полимерууд химийн өөрчлөлтөд ордоггүй. Энэ нь үйл явцыг бүрэн буцаах боломжтой болгодог. Энэ төрлийн бодисууд нь макромолекулуудын шугаман салаалсан эсвэл шугаман бүтэцтэй байдаг бөгөөд тэдгээрийн хооронд жижиг хүчнүүд ажилладаг бөгөөд химийн холбоо огт байдаггүй. Үүнд: полиэтилен, полиамид, полистирол гэх мэт. Термопластик төрлийн полимер материалын технологи нь тэдгээрийг усан хөргөлттэй хэвэнд шахах, шахах, шахах, үлээх болон бусад аргаар үйлдвэрлэх боломжийг олгодог.

Химийн шинж чанар

Полимерууд нь хатуу, шингэн, аморф, талст фаз, түүнчлэн өндөр уян наалдамхай, наалдамхай, шилэн хэв гажилт зэрэгт байж болно. Полимер материалын өргөн хэрэглээ нь төвлөрсөн хүчил, шүлт зэрэг янз бүрийн түрэмгий орчинд тэсвэртэй байдагтай холбоотой юм. Тэд цахилгаан химийн зэврэлтэнд өртдөггүй. Үүнээс гадна тэдгээрийн молекул жин нэмэгдэхийн хэрээр материалын органик уусгагч дахь уусах чадвар буурдаг. Гурван хэмжээст бүтэцтэй полимерүүдэд дурдсан шингэнүүд ерөнхийдөө нөлөөлдөггүй.

Физик шинж чанар

Ихэнх полимерууд нь тусгаарлагч бөгөөд үүнээс гадна соронзон бус материал юм. Ашигласан бүх бүтцийн материалуудаас зөвхөн хамгийн бага дулаан дамжуулалт, хамгийн их дулаан багтаамжтай, мөн дулааны агшилт (металлаас хорь дахин их) байдаг. Бага температурын нөхцөлд янз бүрийн битүүмжлэлийн угсралтын битүүмжлэл алдагдах шалтгаан нь резинэн шилжилт гэж нэрлэгддэг шилжилт, түүнчлэн шилжсэн төлөвт металл ба резинийг тэлэх коэффициентүүдийн огцом зөрүү юм.

Механик шинж чанар

Полимер материалууд нь өөрийн бүтцээс ихээхэн хамааралтай механик шинж чанартай өргөн хүрээтэй байдаг. Энэ параметрээс гадна янз бүрийн гадны хүчин зүйлүүд нь бодисын механик шинж чанарт ихээхэн нөлөөлдөг. Үүнд: температур, давтамж, ачааллын үргэлжлэх хугацаа буюу хурд, стрессийн төлөвийн төрөл, даралт, хүрээлэн буй орчны шинж чанар, дулааны боловсруулалт гэх мэт. Полимер материалын механик шинж чанарын онцлог нь маш бага хатуулаг (харьцуулбал) харьцангуй өндөр бат бэх юм. металл руу).

Полимеруудыг ихэвчлэн хатуу гэж хуваадаг бөгөөд уян хатан модуль нь E=1–10 GPa (мяндас, хальс, хуванцар), уян хатан модуль нь E=1– байдаг зөөлөн, уян хатан бодисууд юм. 10 МПа (резин). Хоёулангийнх нь устгах хэв маяг, механизм нь өөр.

Полимер материалууд нь шинж чанарын тодорхой анизотропи, мөн бат бөх чанар буурч, удаан хугацааны ачааллын дор мөлхөгч хөгжих зэргээр тодорхойлогддог. Үүнтэй хамт тэдхарьцангуй өндөр ядаргааны эсэргүүцэлтэй байдаг. Металлуудтай харьцуулахад тэдгээр нь механик шинж чанараас температураас илүү хамааралтайгаараа ялгаатай байдаг. Полимер материалын гол шинж чанаруудын нэг нь хэв гажилт (уян хатан) юм. Энэ параметрийн дагуу өргөн температурын мужид тэдгээрийн ашиглалтын болон технологийн үндсэн шинж чанарыг үнэлэх нь заншилтай байдаг.

Полимер шалны материал

Одоо эдгээр материалын бүх хүрээг илчлэх полимерийг практикт ашиглах хувилбаруудын нэгийг авч үзье. Эдгээр бодисууд нь барилгын болон засварын ажил, өнгөлгөөний ажил, ялангуяа шалны ажилд өргөн хэрэглэгддэг. Асар их алдар нэр нь тухайн бодисуудын шинж чанараар тайлбарлагддаг: элэгдэлд тэсвэртэй, бага дулаан дамжуулалттай, ус шингээх чадвар багатай, нэлээд бат бөх, хатуу, будаг, лакны өндөр чанартай байдаг. Полимер материалын үйлдвэрлэлийг нөхцөлт байдлаар гурван бүлэгт хувааж болно: хулдаас (өнхрөх), хавтанцар бүтээгдэхүүн, үл үзэгдэх шалыг суурилуулах хольц. Одоо тус бүрийг хурдан харцгаая.

хулдаас нь янз бүрийн төрлийн дүүргэгч, полимер дээр суурилдаг. Эдгээр нь хуванцаржуулагч, боловсруулахад туслах бодис, пигмент зэргийг багтааж болно. Полимер материалын төрлөөс хамааран полиэстер (глифтал), поливинил хлорид, резин, коллоксилин болон бусад бүрээсийг ялгадаг. Үүнээс гадна бүтцийн дагуу тэдгээрийг суурьгүй, дуу чимээ, дулаан тусгаарлагч суурьтай, нэг давхарга, олон давхаргат, гөлгөр, ноостой гэж хуваадаг.болон Атираат гадаргуу, түүнчлэн нэг болон олон өнгийн.

Полимер бүрдэл хэсгүүдийн үндсэн дээр хийсэн хавтанцар материалууд нь маш бага элэгдэлд тэсвэртэй, химийн эсэргүүцэлтэй, бат бөх байдаг. Түүхий эдийн төрлөөс хамааран энэ төрлийн полимер бүтээгдэхүүнийг кумарон-поливинилхлорид, кумарон, поливинилхлорид, резин, фенолит, битумэн хавтан, түүнчлэн самбар, шилэн хавтан гэж хуваадаг.

Олборгүй шалны материал нь хэрэглэхэд хамгийн тохиромжтой, эрүүл ахуйн шаардлага хангасан материал бөгөөд өндөр бат бэх чанартай. Эдгээр хольцыг ихэвчлэн полимер цемент, полимер бетон, поливинил ацетат гэж хуваадаг.