חומרים פולימריים: טכנולוגיה, סוגים, ייצור ויישום

חומרים פולימריים הם כימייםתרכובות משקל מולקולרי גבוה אשר מורכב של מונומרים malomolekulyarnyh רבים (יחידות) של אותו מבנה. לעתים קרובות פולימרים המשמשים לייצור של רכיבים מונומר הבאים: אתילן, ויניל כלוריד, vinildenhlorid, ויניל אצטט, פרופילן, methylmethacrylate, tetrafluoroethylene, סטירן, אוריאה, מלמין, פורמלדהיד, פנול. במאמר זה נדון בפירוט מה חומרים פולימריים, כמו גם הכימי שלהם ומאפיינים פיזיים, סיווג וסוגים.

סוגי פולימרים

תכונה של המולקולות של חומר זה הואהמסה המולקולרית הגדולה, אשר תואמת את הערך הבא: M> 5 * 103. תרכובות עם רמה נמוכה יותר של פרמטר זה (M = 500-5000) נקראות בדרך כלל oligomers. בתרכובות מולקולריות נמוכה, המסה היא פחות מ 500. הסוגים הבאים של חומרים פולימריים נבדלים: סינתטי וטבעי. אלה כוללים גומי טבעי, נציץ, צמר, אסבסט, תאית, וכו 'עם זאת, המקום הראשי הוא תפוס על ידי פולימרים סינתטיים, אשר מתקבלים כתוצאה של תהליך של סינתזה כימית מ תרכובות של משקל מולקולרי נמוך. בהתאם לשיטה של ​​ייצור חומרים מולקולריים גבוהה, פולימרים נבדלים, אשר נוצרים על ידי polycondensation או על ידי תגובה נוספת.

פילמור

תהליך זה הוא עמותהרכיבים מולקולריים נמוכים לתוך מולקולרית גבוהה עם היווצרות של שרשראות ארוכות. גודל מפלס פילמור הוא מספר "אמצעים" במולקולות של הרכב נתון. לרוב, חומרים פולימריים מכילים מאלף עד 10,000 יחידות שלהם. להלן תרכובות נפוץ מתקבלים על ידי פילמור: פוליאתילן, פוליפרופילן, פוליוויניל כלוריד, polytetrafluoroethylene, פוליסטירן, polybutadiene, וכו '

פוליקונדנציה

תהליך זה הוא צעד אחידתגובה, שהינו תרכובת או מספר רב של מונומרים דומה, או זוג קבוצות נפרדות (A ו- B) ב polycondensors (מקרומולקולה) עם היווצרות סימולטני של תוצרי לוואי אלה: אלכוהול מתיל, פחמן דו חמצני, מימן כלורי, אמוניה, מים, וכו 'באמצעות polycondensation. הכינו סיליקונים, polysulfones, פוליקרבונט, aminoplasts, phenolics, פוליאסטר, פוליאמיד וחומרים פולימריים אחרים.

פוליאדישן

תחת תהליך זה הוא הבין את היווצרותפולימרים כתוצאה מתגובות של מספר רב של רכיבים מונומריים המכילים בריכות תגובה מגבילות למונומרים של קבוצות לא רוויות (מחזורי פעילות או קשרים כפולים). בניגוד polycondensation, התגובה polyAdition ממשיך ללא בידוד של תוצרי לוואי. התהליך החשוב ביותר של טכנולוגיה זו היא ריפוי של שרפים אפוקסי הייצור של polyurethanes.

סיווג פולימרים

לפי הרכב, כל החומרים פולימר מחולקיםאורגני, אורגני ו organoelemental. הראשון שבהם (סיליקט זכוכית, נציץ, אסבסט, קרמיקה, וכו ') אינם מכילים פחמן אטומי. הם מהווים את הבסיס של תחמוצת אלומיניום, מגנזיום, צורן וכדומה. פולימרים אורגניים ד המרכיבים את הכיתה הנרחבת ביותר, הם מכילים פחמן, מימן, חנקן, גופרית, חמצן הלוגן. חומרים פולימריים אורגנומתכתית - הם תרכובות אשר מורכבים רשתות גדולות אחרות מאלו המפורטות, ו אטומי סיליקון, אלומיניום, טיטניום ועוד אלמנטים שניתן לשלב עם רדיקלים אורגניים. בטבע, צירופים כאלה אינם מתעוררים. אלה הם פולימרים סינתטיים בלבד. נציגים טיפוסיים של קבוצה זו הם תרכובות על בסיס סיליקון, אשר שרשרת העיקרית בנויה מ אטומי חמצן וסיליקון.

כדי להשיג פולימרים עם המאפיינים הדרושיםבטכנולוגיה לעתים קרובות לא באמצעות חומרים "טהור", אבל השילוב שלהם עם רכיבים אורגניים או אורגניים. דוגמה טובה הם חומרי בניין פולימריים: פלסטיק מתכת, פלסטיק, פיברגלס, בטון פולימרי.

מבנה פולימרים

הייחודיות של המאפיינים של חומרים אלה נובעהמבנה שלהם, אשר, בתורו, מחולק לסוגים הבאים: ליניארי, מסועף, ליניארי, מרחבי עם קבוצות מולקולריות גדולות מבנים גיאומטריים ספציפיים מאוד, וגם סולם. הבה נבחן בקצרה כל אחד מהם.

חומרים פולימריים עם מבנה מסועף ליניארי, מלבד שרשרת המולקולות העיקרית, יש סניפים לרוחב. פולימרים כאלה כוללים פוליפרופילן polyisobutylene.

חומרים עם מבנה ליניארי יש זמן רבזיגזג או שרשראות מעוותות. המקרומולקולות שלהם מאופיינות בעיקר על ידי חזרות של אתרים בקבוצה מבנית אחת של החוליה או היחידה הכימית של השרשרת. פולימרים בעלי מבנה ליניארי נבדלים על ידי נוכחות של מקרומולקולות ארוכות מאוד עם הבדל משמעותי באופי של קשרים לאורך השרשרת וביניהם. ישנם קשרים בין-מולקולריים וכימיים. מקרומולקולות של חומרים כאלה הם גמישים מאוד. וזה נכס הוא הבסיס של רשתות פולימר, אשר מוביל מאפיינים איכותיים חדשים: גמישות גבוהה, כמו גם את היעדר שבירות במצב קשוח.

ועכשיו אנחנו לומדים מה חומרים פולימריים הם כמומבנה מרחבי. חומרים אלה יוצרים קשרים כימיים חזקים בכיוון הרוחבי כאשר מקרומולקולות להצטרף יחד. כתוצאה מכך, מתקבל מבנה רשת, שבו הבסיס ההטרוגני או המרחבי של הרשת. פולימרים מסוג זה יש עמידות החום יותר קשיחות מאשר פולימרים ליניארי. חומרים אלה הם הבסיס של חומרים מתכלים רבים שאינם מתכתיים.

מולקולות של חומרים פולימריים עם סולםמבנה מורכב של זוג שרשראות המחוברים על ידי קשר כימי. אלה כוללים פולימרים organosilicon, אשר מאופיינים קשיחות מוגברת, יציבות תרמית, בנוסף, הם לא אינטראקציה עם ממיסים אורגניים.

שלב הרכב של פולימרים

חומרים אלה הם מערכות,אשר מורכב מאזורי אמורפי וגבישי. הראשון מהם מסייע להפחית נוקשות, עושה את הפולימר אלסטי, כי הוא מסוגל עיוותים גדולים של טבע הפיך. השלב הגבישי תורם לעלייה בכוחם, קשיותם, מודולוס הגמישות שלהם, כמו גם פרמטרים אחרים, תוך הפחתת הגמישות המולקולרית של החומר. היחס בין נפח של כל האזורים הללו לנפח הכולל נקרא מידת ההתגבשות, כאשר הרמה המקסימלית (עד 80%) הם פוליפרופילנים, fluoroplastics, polyethylenes בצפיפות גבוהה. הרמה התחתונה של התגבשות היא בבעלות פוליוויניל כלורידים, polyethylenes בצפיפות נמוכה.

תלוי איך חומרים פולימריים מתנהגים כאשר מחומם, הם מחולקים בדרך כלל תרמוסטית תרמופלסטיים.

פולימרים תרמוסטיים

חומרים אלה יש בעיקר ליניארימבנה. כאשר מחומם, הם לרכך, אבל כתוצאה של התרחשות של תגובות כימיות בהם, המבנה משתנה למרחבי, ואת החומר הופך מוצק. בעתיד, איכות זו נשמרת. על עיקרון זה, חומרים מרוכבים פולימריים נבנים. חימום לאחר מכן לא לרכך את החומר, אבל רק מוביל הפירוק שלה. תערובת תרמוסטית סיים לא להתמוסס ולא להמיס, ולכן המיחזור שלה הוא בלתי מתקבל על הדעת. זה סוג של חומר כולל סיליקון אפוקסי, פנול פורמלדהיד שרפים אחרים.

פולימרים תרמופלסטיים

חומרים אלה, כאשר מחומם, הראשון להתרכךולאחר מכן להמיס, ועם התקררות לאחר מכן מתקשה. פולימרים תרמופלסטיים תחת טיפול כזה אינם עוברים שינויים כימיים. זה הופך את התהליך הזה הפיך לחלוטין. לחומרים מהסוג הזה יש מבנה ליניארי מסועף או ליניארי של מקרומולקולות, שביניהן כוחות קטנים פועלים ואין שום קשרים כימיים. אלה כוללים polyethylenes, polyamides, polystyrenes, וכו 'הטכנולוגיה של חומרים פולימריים של סוג תרמופלסטיים מספק לייצור שלהם על ידי הזרקה דפוס במים מקורר טפסים, הקשה, שחול, נושבת שיטות אחרות.

תכונות כימיות

פולימרים יכולים להיות במצבים הבאים: מוצק, נוזלי, אמורפי, שלב גבישי, כמו גם אלסטי מאוד, צמיג ו זכוכית דפורמציה. השימוש הרחב בחומרים פולימריים נובע מהתנגדותם הגבוהה לתקשורת אגרסיבית, כגון חומצות מרוכזות ואלקליות. הם אינם כפופים קורוזיה אלקטרוכימית. בנוסף, ככל שהמשקל המולקולרי גדל, מסיסות החומר בממסים אורגניים יורדת. פולימרים שיש להם מבנה מרחבי הם בדרך כלל לא מושפע נוזלים אלה.

תכונות פיסיקליות

רוב הפולימרים הם דיאלקטרים,בנוסף, הם שייכים חומרים שאינם מגנטיים. מכל החומרים המבניים המשמשים, רק יש להם את המוליכות התרמית הפחות ואת קיבולת החום המקסימלית, וגם את הצטמקות התרמית (פי עשרים יותר מזו של המתכת). הסיבה לאובדן איטום על ידי יחידות איטום שונות בתנאים של טמפרטורה נמוכה היא מה שנקרא זכוכית המעבר של גומי, כמו גם הבדל חד בין מקדמי התרחבות של מתכות וגושים במצב מזוקק.

תכונות מכניות

חומרים פולימריים נבדלים על ידי רחבמגוון של תכונות מכניות אשר תלויים מאוד במבנה שלהם. בנוסף לפרמטר זה, גורמים חיצוניים שונים יכולים להשפיע על התכונות המכאניות של החומר. אלה כוללים: טמפרטורה, תדירות, משך או קצב הטעינה, סוג של מצב הלחץ, לחץ, איכות הסביבה, טיפול בחום וכו 'תכונה מיוחדת של תכונות מכניות של חומרים פולימריים היא חוזק גבוה יחסית שלהם עם נוקשות נמוכה מאוד (לעומת מתכות).

פולימרים מחולקים בדרך כלל מודול מוצקגמישות אשר מתאים E = 1-10 GPA (סיבים, סרטים, פלסטיק), וחומרים גמישים רך, מודולוס אלסטי של E = 10-10 MPa (גומי). הדפוסים ומנגנון ההרס של שניהם שונים.

חומרים פולימריים מאופיינים בהיריםאנאיזוטרופיה בולטת של תכונות, כמו גם ירידה כוח, פיתוח של השרץ תחת מצב של טעינה ממושכת. יחד עם זה יש להם התנגדות גבוהה למדי עייפות. לעומת מתכות, הם מאופיינים על ידי תלות בולטת יותר של תכונות מכניות על הטמפרטורה. אחד המאפיינים העיקריים של חומרים פולימריים הוא deformability (עמידה). על פי פרמטר זה, מקובל להעריך את המאפיינים התפעוליים והטכנולוגיים העיקריים שלהם בטווח טמפרטורות רחב.

חומרים פולימריים לריצוף

עכשיו בואו ניקח בחשבון את אחד מעשייםהשימוש של פולימרים, חושפים את מגוון מלא של חומרים אלה. חומרים אלה מצאו יישום רחב בבנייה ותיקון עבודות קישוט, במיוחד ריצוף. הפופולריות העצומה היא בשל המאפיינים של החומרים הנמצאים תחת שיקול דעת: הם עמידים בפני שחיקה, מוליכות חום נמוכה, יש ספיגת מים קטנה, הם חזקים מספיק קשה, יש צבע גבוהה ואת תכונות לכה. הייצור של חומרים פולימריים ניתן לחלק לשלוש קבוצות: לינוליאום (לחמניות), מוצרי צלחת ותערובות עבור התקן של רצפות ללא תפר. עכשיו בואו נבחן בקצרה כל אחד מהם.

לינוליאום נעשה על בסיס סוגים שוניםחומרי מילוי ופולימרים. הם יכולים לכלול גם plasticizers, עזרי עיבוד פיגמנטים. בהתאם לסוג החומר פולימר, פוליאסטר (גליפטל), פוליוויניל כלוריד, גומי, colloxylin וציפויים אחרים נבדלים. בנוסף, במבנה, הם מחולקים בסיס לא בסיסי בסיס מבודדים, יחיד שכבתית מרובת שכבות, עם משטח חלק, חלקלק גלי, כמו גם יחיד ורב צבע.

חומרי אריח שנעשו על בסיסמרכיבים פולימריים, יש שחיקה נמוכה מאוד, עמידות כימית ועמידות. בהתאם לסוג חומרי הגלם, זה סוג של מוצרי פולימר מחולקים כלוריד kumaronopolivinyl, coumarone, כלוריד פוליוויניל, גומי, phenolite, אריחי ביטומניות, כמו גם סיבית לוחות סיבים עץ.

חומרים עבור רצפות ללא תפר הן הנוחות ביותר היגייני במבצע, יש להם כוח גבוה. תערובות אלה מחולקות בדרך כלל מלט פולימרי, פולימר בטון פוליויניל אצטט.