Искусственные полимерные материалы

Полимерные материалы относятся к классу химических соединений, у которых короткие структурные единицы, которые состоят из нескольких атомов (мономеров), скреплённых в длинные цепочки с помощью очень разного рода связей. Специфическая особенность полимерных материалов – большая молекулярная масса – от нескольких тысяч, до миллионов. Настоящие и сделанные позднее искусственные полимерные материалы отличаются следующими качествами:

• пластичность – возможность держать сильные деформирующие усилия без разрушения;
• крепость;
• способность полимерных молекул (молекулярных цепочек) к конкретной ориентации в отношении друг к другу.

Точная классификация подразделяет большое семейство полимерных материалов на органические и неорганические. Больше всего популярны, имеют широкий ассортимент разновидностей с самыми разными качествами органические соединения, которые базируются на углеродных цепочках.

Одним из первых полимерных материалов, созданным человеком на основе натуральных материалов, стала резина, производимая путем вулканизации каучука, и целлулоид, имеющий в основе целлюлозу.

Последующее создание и производство материалов на основе полимера базировалось на достижениях органической химии.

Характерности

Искусственные полимерные материалы имеют в собственной основе низкомолекулярные органические соединения (мономеры), которые в результате реакций полимеризации или поликонденсации образовывают длинные цепочки. Расположение и конфигурация молекулярный цепей, вид их связи в большинстве случаев формируют механичные характеристики полимерных материалов.

Искусственные и искусственные полимерные материалы обладают радом характерных особенностей. В первых рядах необходимо отметить их хорошую пластичность и упругость – способность сопротивляться деформациям и воссоздавать начальную форму. Пример – полиамид, резина. Полиуретановая нить – эластан, способна без разрыва менять собственную длину на 800 % и потом воссоздавать первый размер. Наличие длинных молекулярных цепочек в структуре материалов из синтетики обусловило невысокую хрупкость изделий из пластика. Во многих случаях увеличение хрупкости у определенных типов пластмасс происходит при уменьшении температуры. Органические материалы фактически абсолютно лишены данного плохого качества.

Некоторые типы пластиков, наоборот, очень жесткие и твердость. Стеклотекстолит по своей прочности мало уступает стали, а такой полимерный материал, как кевлар, даже превосходит ее.

Перечисленные свойства восполняются высокой устойчивостью к коррозии, устойчивостью к износу. Большинство популярных полимерных материалов имеют высокое электрическое сопротивление, невысокую теплопроводность.

Отмечая высокие рабочие и технологичные качества, нельзя забыть и про негативные стороны:

• Сложность утилизации. Вторичное применение допускает только термопластичный материал и лишь в случае правильной сортировки. Смесь полимерных материалов с самым разнообразным химическим составом вторичной переработке не подлежит. В природе пластики разлагаются чрезвычайно неторопливо – аж до десятков и сотен лет. При сжигании отдельных типов пластмасс в атмосферу выделяется очень много высокотоксичных веществ и соединений. Тем более это касается пластиков, содержащих галогены. Самый популярный материал данного типа – поливинилхлорид (ПВХ).
• Слабая стойкость к излучению ультрафиолета. Под воздействием лучей ультрафиолета длинные полимерные цепочки приходят в негодность, возрастает хрупкость изделий, уменьшается крепость, холодостойкость.
• Затрудненность или невозможность соединения некоторых типов материалов из синтетики.

Химические свойства полимерных материалов показывают их большую устойчивость к агрессивным веществам, но во многих случаях осложняет применение составов клея. По этому для термопластичных полимерных материалов применяют метод сварки – соединение разогретых компонентов. Некоторые вещества, к примеру, фторопласты, совсем не подлежат соединениям, помимо механических.

Использование

Без приувеличения необходимо заявить, что полимерные материалы нашли использование полностью во всех сферах деятельности и человеческой жизни. Искусственные полимерные материалы используются в промышленности и быту как самостоятельные изделия, так и для замены классических материалов или в сочетании с ними для получения уникальных параметров.

Первое использование нашли искусственные полимерные материалы. Самый явный пример – резина. Сейчас главная составляющая изделий выполненных из резины делается из искусственного каучука, но есть несколько сфер использования, где даже в наше время применяется резина из настоящего каучука.

Полимерные материалы обладают целым комплексом уникальных качеств, которых нет у классических материалов, или применение последних технологически и не имеет смысла экономически. Стойкость к химическим реакциям в широком температурном диапазоне и в отношении к большой группе активных химических соединений содействует широкому распространению материалов на основе полимера в химии и химической промышленности.

Невысокая ядовитость, химическая стойкость, отсутствие аллергий дало возможность искусственным полимерным материалам отыскать широкое использование в медицине. Это искусственные органы, производство лекарственных средств – от упаковок, до оболочек лекарственных препаратов (таблеток, капсул), шовные материалы, клеи.

Пищевая упаковка из материалов на основе полимера

Такие же качества применяются и в пищевой промышленности для производства посуды, тары для упаковки для готовых продуктов и в процессе их изготовления. Отпускная цена упаковки искусственной тары в пять раз меньше, чем у картонной, бумажной или из других настоящих материалов.

В промышленности высокомолекулярные полимерные соединения применяются для производства материалов конструкции, узлов трения, конструкций несущего типа, лаков и красок.

Благодаря замечательным электроизолирующим особенностям пластики фактически полностью вытеснили природные материалы в электротехнической промышленности. Изоляция проводов, корпуса приборов, монтажные платы делаются на основе материалов на основе полимера. Жёсткие обмоточные провода покрываются слоем искусственных лаков, при небольшой толщине обладающих большим сопротивлением и прочностью, а гибкие монтажные проводники имеют оболочку из ПВХ или полимерного этилена, окрашенную в разные цвета для комфорта обслуживании и ремонта.

На основе искусственных полимерных материалов делаются текстильные материалы множества популярных названий. Ткани и одежда имеют в собственном составе пряжу на основе полиамида, полиэстера, полипропилена. Как замена настоящей шерсти выступает акрил, изделия из которого тяжело отличить от натуральных.

Тот же самый полиамид, который служит заменой шелку, в монолитном состоянии имеет крепость, сравнимую со многими металлами. Если взять во внимание, что полиамид, иначе именуемый капрон или нейлон, химически инертен, а это означает, не подвергается коррозийным процессам и имеет невысокий показатель трения, то замена металлов искусственными веществами абсолютно понятна.

Еще очень большие качества имеют такие промышленные полимерные материалы, как фторопласты – фторорганические соединения. Данные искусственные полимеры имеют один из очень невысоких коэффициентов трения и самую большую устойчивость к химии. Данные качества применяются при производстве узлов трения, тем более в устройствах, работающих в агрессивной обстановке.

Когда нельзя произвести настоящую замену конструкций из металла искусственными материалами, выполняют покрытие основы из металла пластиковым слоем. Тех. процесс покрытия металла пластиковым слоем выполняется поэтому, чтобы происходила связь основы и покрытия на уровне молекул. Этим достигается высокая надежность соединения.

Промышленные полимерные материалы могут иметь самые разные варианты. Применяются как термопластичные материалы, так и термореактивные пластики. В первом варианте для производства деталей и конструкций применяется метод литья или прессовки при температуре размягчения полимерного материала, а в другом пластмасса сформировывается конкретно в виде готового изделия или полуфабриката с небольшой следующей обработкой.

Среди промышленных искусственных полимерных материалов можно выделить материалы композиционные, в которых наполнением или армирующей составляющей послужат очень разные материалы, а связующим веществом выступает полимерный материал.

Наиболее известны такие материалы композиционные:

• Стеклокомпозит – стеклохолст или ткань на его основе, пропитанные эпоксидной полимерной смолой. Данный композит имеет большую прочность, отличные электроизоляционные свойства, стойкость к плохим факторам, большую устойчивость к огню.
• Углепластик – армирующим элементом тут выступает углеродное волокно. Крепость и упругость конструкций из углепластиков, вместе с их легкостью (намного легче металлов) послужили основанием для применения в космическом направлении промышленности. Комплекс полезных качеств в данной области имеет более большой приоритет, чем большая цена, которая связана с трудоемкостью получения углеродных волокон.
• Текстолит – тканевый слоистый материал, в котором слои ткани пропитаны полимером. Ткань применяется настоящая или искусственная. Самый надежный и качественный вариант – стеклотекстолит, использующий ткань из стеклянного волокна;
• Порошковые композиты, имеющие наполнитель из порошкообразных материалов настоящего или искусственного происхождения;
• Газонаполненные материалы – пенопласты. Это всем знаменитый поролон, пенополистирол, искусственный латекс. Газонаполненные материалы обладают чрезвычайно малой теплопроводностью и применяются в качестве материалов для утепления. Мягкость, эластичность наряду с прочностными свойствами послужили большому распространению пенопластовых материалов для упаковки для нетяжелой, но требующей аккуратного обращения техники.

Классификация искусственных полимерных материалов

Есть несколько классификационных групп полимерных материалов, в зависимости от определяющего признака. Первым делом, это:

• Искусственные полимерные материалына основе природных органических полимерных материалов (целлюлоза – целлулоид, каучук – резина);
• Искусственные полимерные материалы, в их основе синтез из низкомолекулярных соединений (стирол – полистирол, этен – полимерный этилен).

По химическому составу дробление таково:

• Органические, имеющие в составе преимущественно углеводородные цепочки;
• Элементоорганические, включающие в органические цепочки неорганические атомы (кремний, алюминий). Наиболее явный пример – кремнийорганические композиции.

В зависимости от типов цепочек молекулярного состава, можно показать такие варианты структуры полимерных материалов:

• Линейные, у которых мономеры соединены в длинные прямые цепочки;
• Разветвленные;
• С сеточной структурой.

Варианты структуры полимерных материалов

Все полимерные соединения по-разному отличаются в отношении к температуре. Аналогичным образом, их разделяют на две группы:

• Термопластичные, для которых влияние температуры оказывает обратимые изменения – нагрев, плавление;
• Термореактивные, необратимо изменяющие собственную структуру при нагревании. Во многих случаях данный процесс происходит без стадии плавления.

Есть еще несколько типов спецификации полимерных материалов, например, по полярности молекулярных цепочек. Но эта квалификация нужна только узким мастерам.

Многие типы полимерных материалов применяются в самостоятельном виде (полимерный этилен, полиамид), но большое количество используется в виде композиционных материалов, где играет роль связующего элемента между органической и неорганической основой – пластики на основе стеклянных или углеродных волокон. Часто можно повстречать комбинацию полимерный материал – полимерный материал (текстолит, у которого полимерная ткань пропитана связующим на полимерной основе).

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.