Պոլիմերային նյութեր՝ տեխնոլոգիա, տեսակներ, արտադրություն և կիրառություն

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 10:30

Պոլիմերային նյութերը քիմիական բարձր մոլեկուլային միացություններ են, որոնք բաղկացած են նույն կառուցվածքի բազմաթիվ փոքր մոլեկուլային մոնոմերներից (միավորներից): Հաճախ պոլիմերների արտադրության համար օգտագործվում են հետևյալ մոնոմերային բաղադրիչները՝ էթիլեն, վինիլքլորիդ, վինիլդեքլորիդ, վինիլացետատ, պրոպիլեն, մեթիլ մետակրիլատ, տետրաֆտորէթիլեն, ստիրոլ, միզանյութ, մելամին, ֆորմալդեհիդ, ֆենոլ: Այս հոդվածում մենք մանրամասնորեն կքննարկենք, թե ինչ են պոլիմերային նյութերը, որոնք են դրանց քիմիական և ֆիզիկական հատկությունները, դասակարգումը և տեսակները:

Պոլիմերների տեսակներ

Այս նյութի մոլեկուլների առանձնահատկությունը մեծ մոլեկուլային քաշն է, որը համապատասխանում է հետևյալ արժեքին՝ М>5103։ Այս պարամետրի ավելի ցածր մակարդակ ունեցող միացությունները (M=500-5000) կոչվում են օլիգոմերներ։ Ցածր մոլեկուլային զանգվածի միացություններում զանգվածը 500-ից պակաս է։ Առանձնացնում են պոլիմերային նյութերի հետևյալ տեսակները՝ սինթետիկ և բնական։ Վերջիններս ներառում են բնական կաուչուկը, միկան, բուրդը, ասբեստը, ցելյուլոզը և այլն: Սակայն հիմնական տեղը զբաղեցնում են սինթետիկ պոլիմերները, որոնք ստացվում են ցածր մոլեկուլային միացություններից քիմիական սինթեզի գործընթացի արդյունքում։ կախվածԲարձր մոլեկուլային նյութերի արտադրության մեթոդից առանձնանում են պոլիմերները, որոնք առաջանում են կա՛մ պոլիկոնդենսացիայի, կա՛մ հավելման ռեակցիայի միջոցով։

Պոլիմերացում

Այս գործընթացը ցածր մոլեկուլային քաշի բաղադրիչների համակցություն է բարձր մոլեկուլային քաշի մեջ՝ երկար շղթաներ ստանալու համար: Պոլիմերացման մակարդակը տվյալ կազմի մոլեկուլներում «մերների» քանակն է։ Ամենից հաճախ պոլիմերային նյութերը պարունակում են հազարից մինչև տասը հազար իրենց միավորները: Պոլիմերացման միջոցով ստացվում են հետևյալ սովորաբար օգտագործվող միացությունները՝ պոլիէթիլեն, պոլիպրոպիլեն, պոլիվինիլքլորիդ, պոլիտետրաֆտորէթիլեն, պոլիստիրոլ, պոլիբուտադիեն և այլն:

Պոլիխտացում

Այս գործընթացը փուլային ռեակցիա է, որը բաղկացած է կամ միևնույն տիպի մեծ թվով մոնոմերների կամ տարբեր խմբերի (A և B) զույգերի համակցումից պոլիկոնդենսատորների (մակրոմոլեկուլների) մեջ՝ միաժամանակ առաջացնելով հետևյալը. Ենթամթերք.

Բազմավելացում

Այս գործընթացը հասկացվում է որպես պոլիմերների առաջացում՝ մոնոմերային բաղադրիչների բազմակի ավելացման ռեակցիաների արդյունքում, որոնք պարունակում են սահմանափակող ռեակցիաների համակցություններ չհագեցած խմբերի մոնոմերներին (ակտիվ ցիկլեր կամ կրկնակի կապեր): Ի տարբերություն պոլիկոնդենսացիայի, պոլիալցիայի ռեակցիան ընթանում է առանց կողմնակի արտադրանքների:Այս տեխնոլոգիայի ամենակարևոր գործընթացը էպոքսիդային խեժերի ամրացումն է և պոլիուրեթանների արտադրությունը։

Պոլիմերների դասակարգում

Բոլոր պոլիմերային նյութերի բաղադրությունը բաժանվում է անօրգանական, օրգանական և օրգանական տարրերի: Դրանցից առաջինը (սիլիկատային ապակի, միկա, ասբեստ, կերամիկա և այլն) ատոմային ածխածին չեն պարունակում։ Դրանք հիմնված են ալյումինի, մագնեզիումի, սիլիցիումի և այլն օքսիդների վրա: Օրգանական պոլիմերները կազմում են ամենաընդարձակ դասը, դրանք պարունակում են ածխածնի, ջրածնի, ազոտի, ծծմբի, հալոգենի և թթվածնի ատոմներ: Օրգանոէլեմենտային պոլիմերային նյութերը միացություններ են, որոնք հիմնական շղթաներում, բացի թվարկվածներից, ունեն սիլիցիումի, ալյումինի, տիտանի և այլ տարրերի ատոմներ, որոնք կարող են միավորվել օրգանական ռադիկալների հետ: Նման համակցություններ բնության մեջ չեն լինում։ Սրանք բացառապես սինթետիկ պոլիմերներ են: Այս խմբի բնորոշ ներկայացուցիչներն են սիլիցիումի օրգանական միացությունները, որոնց հիմնական շղթան կառուցված է թթվածնի և սիլիցիումի ատոմներից։

Պահանջվող հատկություններով պոլիմերներ ստանալու համար տեխնոլոգիան հաճախ օգտագործում է ոչ թե «մաքուր» նյութեր, այլ դրանց համակցությունները օրգանական կամ անօրգանական բաղադրիչների հետ: Լավ օրինակ են պոլիմերային շինանյութերը՝ մետաղապլաստիկ, պլաստմասսա, ապակեպլաստե, պոլիմերային բետոն։

Պոլիմերների կառուցվածքը

Այս նյութերի հատկությունների յուրահատկությունը պայմանավորված է նրանց կառուցվածքով, որն իր հերթին բաժանվում է հետևյալ տեսակների՝ գծային-ճյուղավորված, գծային, տարածական.մեծ մոլեկուլային խմբերով և շատ կոնկրետ երկրաչափական կառուցվածքներով, ինչպես նաև աստիճաններով։ Եկեք համառոտ դիտարկենք դրանցից յուրաքանչյուրը։

Գծային ճյուղավորված կառուցվածք ունեցող պոլիմերային նյութերը, բացի մոլեկուլների հիմնական շղթայից, ունեն կողային ճյուղեր։ Այս պոլիմերները ներառում են պոլիպրոպիլեն և պոլիիզոբուտիլեն:

Գծային կառուցվածք ունեցող նյութերն ունեն երկար զիգզագաձև կամ պարուրաձև շղթաներ։ Նրանց մակրոմոլեկուլները հիմնականում բնութագրվում են շղթայի օղակի կամ քիմիական միավորի մեկ կառուցվածքային խմբի տեղամասերի կրկնությամբ: Գծային կառուցվածք ունեցող պոլիմերներն առանձնանում են շղթայի երկայնքով և նրանց միջև կապերի բնույթով զգալի տարբերությամբ շատ երկար մակրոմոլեկուլների առկայությամբ: Խոսքը վերաբերում է միջմոլեկուլային և քիմիական կապերին։ Նման նյութերի մակրոմոլեկուլները շատ ճկուն են։ Եվ այս հատկությունը հիմք է հանդիսանում պոլիմերային շղթաների համար, ինչը հանգեցնում է որակապես նոր բնութագրերի՝ բարձր առաձգականություն, ինչպես նաև փխրունության բացակայություն պինդ վիճակում։

Եվ հիմա պարզենք, թե որոնք են տարածական կառուցվածք ունեցող պոլիմերային նյութերը։ Այս նյութերը, երբ մակրոմոլեկուլները միմյանց հետ զուգակցվում են, առաջացնում են ամուր քիմիական կապեր լայնակի ուղղությամբ։ Արդյունքում ստացվում է ցանցային կառուցվածք, որն ունի ցանցի ոչ միատեսակ կամ տարածական հիմք։ Այս տեսակի պոլիմերներն ունեն ավելի մեծ ջերմային դիմադրություն և կոշտություն, քան գծայինները: Այս նյութերը շատ կառուցվածքային ոչ մետաղական նյութերի հիմքն են։

Պոլիմերային նյութերի մոլեկուլները սանդուղքի կառուցվածքով բաղկացած են մի զույգ շղթաներից, որոնք միացված են քիմիական կապով։ Դրանք ներառում ենսիլիցիումի օրգանական պոլիմերներ, որոնք բնութագրվում են բարձր կոշտությամբ, ջերմակայունությամբ, բացի այդ, նրանք չեն փոխազդում օրգանական լուծիչների հետ։

Պոլիմերների փուլային բաղադրություն

Այս նյութերը համակարգեր են, որոնք բաղկացած են ամորֆ և բյուրեղային շրջաններից: Դրանցից առաջինն օգնում է նվազեցնել կոշտությունը, դարձնում է պոլիմերը առաձգական, այսինքն՝ ընդունակ մեծ շրջելի դեֆորմացիաների։ Բյուրեղային փուլն օգնում է բարձրացնել դրանց ուժը, կարծրությունը, առաձգական մոդուլը և այլ պարամետրեր՝ միաժամանակ նվազեցնելով նյութի մոլեկուլային ճկունությունը: Բոլոր նման տարածքների ծավալի հարաբերակցությունը ընդհանուր ծավալին կոչվում է բյուրեղացման աստիճան, որտեղ առավելագույն մակարդակը (մինչև 80%) ունի պոլիպրոպիլեններ, ֆտորոպլաստներ, բարձր խտության պոլիէթիլեններ։ Պոլիվինիլքլորիդները, ցածր խտության պոլիէթիլեններն ունեն բյուրեղացման ավելի ցածր աստիճան։

Կախված նրանից, թե ինչպես են իրենց պահում պոլիմերային նյութերը տաքացման ժամանակ, դրանք սովորաբար բաժանվում են ջերմակայուն և ջերմապլաստիկների:

Ջերմակայուն պոլիմերներ

Այս նյութերը հիմնականում ունեն գծային կառուցվածք։ Երբ տաքանում են, դրանք փափկվում են, սակայն դրանցում տեղի ունեցող քիմիական ռեակցիաների արդյունքում կառուցվածքը փոխվում է տարածականի, և նյութը վերածվում է պինդի։ Հետագայում այս որակը պահպանվում է։ Պոլիմերային կոմպոզիտային նյութերը կառուցված են այս սկզբունքով: Նրանց հետագա տաքացումը չի փափկացնում նյութը, այլ միայն հանգեցնում է դրա քայքայմանը: Հետևաբար, պատրաստի ջերմակայուն խառնուրդը չի լուծվում կամ հալվումչի թույլատրվում այն վերամշակել։ Այս տեսակի նյութը ներառում է էպոքսիդային սիլիկոն, ֆենոլ-ֆորմալդեհիդ և այլ խեժեր:

Ջերմոպլաստիկ պոլիմերներ

Այս նյութերը տաքանալիս սկզբում փափկում են, ապա հալչում, իսկ սառչելուց հետո կարծրանում են։ Թերմոպլաստիկ պոլիմերները այս մշակման ընթացքում քիմիական փոփոխությունների չեն ենթարկվում: Սա գործընթացը լիովին շրջելի է դարձնում: Այս տեսակի նյութերն ունեն մակրոմոլեկուլների գծային ճյուղավորված կամ գծային կառուցվածք, որոնց միջև գործում են փոքր ուժեր և բացարձակապես չկան քիմիական կապեր։ Դրանք ներառում են պոլիէթիլեններ, պոլիամիդներ, պոլիստիրոլներ և այլն: Ջերմապլաստիկ տիպի պոլիմերային նյութերի տեխնոլոգիան ապահովում է դրանց արտադրությունը ջրով սառեցված կաղապարներում ներարկման ձուլման, սեղմման, արտամղման, փչելու և այլ մեթոդներով:

Քիմիական հատկություններ

Պոլիմերները կարող են լինել հետևյալ վիճակներում՝ պինդ, հեղուկ, ամորֆ, բյուրեղային փուլ, ինչպես նաև բարձր առաձգական, մածուցիկ և ապակյա դեֆորմացիա։ Պոլիմերային նյութերի լայն կիրառումը պայմանավորված է տարբեր ագրեսիվ միջավայրերի նկատմամբ նրանց բարձր դիմադրությամբ, ինչպիսիք են խտացված թթուները և ալկալիները: Նրանք չեն ենթարկվում էլեկտրաքիմիական կոռոզիայի: Բացի այդ, դրանց մոլեկուլային քաշի ավելացմամբ, օրգանական լուծիչներում նյութի լուծելիությունը նվազում է։ Իսկ պոլիմերները, որոնք ունեն եռաչափ կառուցվածք, հիմնականում չեն ազդում նշված հեղուկների վրա։

Ֆիզիկական հատկություններ

Պոլիմերների մեծ մասը մեկուսիչներ են, բացի այդ, դրանք ոչ մագնիսական նյութեր են: Օգտագործված բոլոր կառուցվածքային նյութերից միայն նրանք ունեն ամենացածր ջերմային հաղորդունակությունը և ամենաբարձր ջերմային հզորությունը, ինչպես նաև ջերմային կծկումը (մետաղից մոտ քսան անգամ ավելի): Ցածր ջերմաստիճանի պայմաններում տարբեր կնիքների ամրության կորստի պատճառը կաուչուկի այսպես կոչված ապակե անցումն է, ինչպես նաև մետաղների և ռետինների ընդլայնման գործակիցների կտրուկ տարբերությունը ապակենման վիճակում։

Մեխանիկական հատկություններ

Պոլիմերային նյութերն ունեն մեխանիկական բնութագրերի լայն շրջանակ, որոնք մեծապես կախված են դրանց կառուցվածքից: Բացի այս պարամետրից, տարբեր արտաքին գործոններ կարող են մեծ ազդեցություն ունենալ նյութի մեխանիկական հատկությունների վրա: Դրանք ներառում են. մետաղներին).

Պոլիմերները սովորաբար բաժանվում են պինդների, որոնց առաձգական մոդուլը համապատասխանում է E=1–10 GPa (մանրաթելեր, թաղանթներ, պլաստմասսա) և փափուկ բարձր առաձգական նյութերի, որոնց առաձգական մոդուլը E=1– է։ 10 ՄՊա (ռետինե): Երկուսի ոչնչացման օրինաչափությունները և մեխանիզմը տարբեր են։

Պոլիմերային նյութերը բնութագրվում են հատկությունների ընդգծված անիզոտրոպությամբ, ինչպես նաև ամրության նվազմամբ, երկարատև ծանրաբեռնվածությամբ սողանքի զարգացմամբ։ Սրա հետ միասին նրանքունեն համեմատաբար բարձր հոգնածության դիմադրություն: Մետաղների համեմատ՝ դրանք տարբերվում են ջերմաստիճանից մեխանիկական հատկությունների ավելի կտրուկ կախվածությամբ։ Պոլիմերային նյութերի հիմնական բնութագրիչներից է դեֆորմացիան (ճկունությունը): Ըստ այս պարամետրի, լայն ջերմաստիճանի տիրույթում ընդունված է գնահատել դրանց հիմնական գործառնական և տեխնոլոգիական հատկությունները։

Պոլիմերային հատակի նյութեր

Այժմ դիտարկենք պոլիմերների գործնական կիրառման տարբերակներից մեկը՝ բացահայտելով այդ նյութերի ողջ տեսականին: Այս նյութերը լայնորեն կիրառվում են շինարարության և վերանորոգման և հարդարման աշխատանքներում, մասնավորապես հատակների հատակների մեջ։ Հսկայական ժողովրդականությունը բացատրվում է խնդրո առարկա նյութերի բնութագրերով. դրանք դիմացկուն են քայքայումին, ունեն ցածր ջերմային հաղորդունակություն, քիչ են ջրի կլանումը, բավականին ամուր են և կարծր, ունեն ներկի և լաքի բարձր որակ: Պոլիմերային նյութերի արտադրությունը պայմանականորեն կարելի է բաժանել երեք խմբի՝ լինոլեումներ (գլորված), սալիկների արտադրանք և խառնուրդներ՝ անխափան հատակների տեղադրման համար։ Եկեք հիմա արագ նայենք յուրաքանչյուրին:

Լինոլեումը պատրաստվում է տարբեր տեսակի լցոնիչների և պոլիմերների հիման վրա: Դրանք կարող են ներառել նաև պլաստիկացնողներ, մշակման օժանդակ նյութեր և գունանյութեր: Կախված պոլիմերային նյութի տեսակից՝ առանձնանում են պոլիեսթեր (գլիֆթալիկ), պոլիվինիլքլորիդ, կաուչուկ, կոլոքսիլին և այլ ծածկույթներ։ Բացի այդ, ըստ կառուցվածքի, դրանք բաժանվում են անհիմն և ձայնա-ջերմամեկուսիչ հիմքով, միաշերտ և բազմաշերտ, սահուն, սահուն.և ծալքավոր մակերեսով, ինչպես նաև մեկ և բազմագույն։

Պոլիմերային բաղադրիչների հիման վրա պատրաստված սալիկապատ նյութերն ունեն շատ ցածր քայքայում, քիմիական դիմադրություն և ամրություն: Կախված հումքի տեսակից՝ այս տեսակի պոլիմերային արտադրանքը բաժանվում է կումարոն-պոլիվինիլքլորիդ, կումարոն, պոլիվինիլքլորիդ, կաուչուկ, ֆենոլիտ, բիտումային սալիկներ, ինչպես նաև տախտակ և մանրաթել։

Անթերի հատակների համար նախատեսված նյութերը օգտագործման համար ամենահարմարն ու հիգիենիկն են, ունեն բարձր ամրություն։ Այս խառնուրդները սովորաբար բաժանվում են պոլիմերային ցեմենտի, պոլիմերային բետոնի և պոլիվինիլացետատի։