Полімери відносяться до класу хімічних сполук, у яких короткі структурні одиниці, що складаються з декількох атомів (мономерів), з'єднаних в довгі ланцюжки за допомогою різного роду зв'язків. Характерна особливість полімерів - велика молекулярна маса - від декількох тисяч, до мільйона. Натуральні і створені пізніше синтетичні полімери характеризуються такими властивостями:
- еластичність - здатність витримувати сильні деформують зусилля без руйнування;
- міцність;
- здатність макромолекул (молекулярних ланцюжків) до певної орієнтації по відношенню один до одного.
синтетичні полімери
Точна класифікація поділяє численне сімейство полімерів на органічні і неорганічні. Найбільш затребувані, мають великий асортимент різновидів з різними властивостями органічні сполуки, які засновані на вуглецевих ланцюжках.
Одним з перших полімерів, створеним людиною на основі природних матеріалів, стала гума, вироблена шляхом вулканізації каучуку, і целулоїд, що має в основі целюлозу.
Подальше створення і виробництво полімерних матеріалів базувалося на досягненнях органічної хімії.
Особливості
Синтетичні полімери мають в своїй основі низькомолекулярні органічні сполуки (мономери), які в результаті реакцій полімеризації або поліконденсації утворюють довгі ланцюжки. Розташування і конфігурація молекулярний ланцюгів, тип їх зв'язку багато в чому визначають механічні властивості полімерів.
Штучні і синтетичні полімери мають радом специфічних особливостей. На першому місці слід зазначити їх високу еластичність і пружність - здатність протистояти деформацій і відновлювати первинну форму. Приклад - поліамід, гума. Поліуретанова нитка - еластан, здатна без розриву змінювати свою довжину на 800% і потім відновлювати первісний розмір. Наявність довгих молекулярних ланцюжків в структурі синтетичних матеріалів зумовило низьку крихкість пластикових виробів. У більшості випадків збільшення крихкості у деяких типів пластмас відбувається при зниженні температури. Органічні матеріали практично повністю позбавлені цього недоліку.
Окремі типи пластиків, навпаки, мають високу жорсткість і твердість. Склотекстоліт по міцності мало поступається сталі, а такий полімер, як кевлар, навіть перевершує її.
Зазначені властивості доповнюються високу корозійну стійкість, зносостійкість. Більшість відомих полімерів мають високий електричний опір, низьку теплопровідність.
Відзначаючи високі експлуатаційні і технологічні якості, не можна забувати і про негативні сторони:
- Складність утилізації. Вторинна переробка допускає тільки термопластичний матеріал і тільки в разі правильного сортування. Суміш полімерів з різним хімічним складом вторинній переробці не підлягає. У природі пластики розкладаються надзвичайно повільно - аж до десятків і сотень років. При спалюванні деяких типів пластмас в атмосферу виділяється велика кількість високотоксичних речовин і з'єднань. Особливо це стосується пластиків, що містять галогени. Найбільш відомий матеріал такого типу - полівінілхлорид (ПВХ).
- Слабка стійкість до ультрафіолетового випромінювання. Під дією ультрафіолетових променів довгі полімерні ланцюжки руйнуються, збільшується крихкість виробів, знижується міцність, холодостійкість.
- Труднощі або неможливість з'єднання окремих типів синтетичних матеріалів.
пластмаси
Хімічні властивості полімерів показують їх високу стійкість до агресивних речовин, але в ряді випадків ускладнює використання клейових складів. Тому для термопластичних полімерів використовують метод зварювання - з'єднання розігрітих елементів. Деякі речовини, наприклад, фторопласти, взагалі не підлягають з'єднанням, крім механічних.
застосування
Без перебільшення можна сказати, що полімери знайшли застосування абсолютно у всіх областях діяльності і життя людини. Синтетичні полімери використовуються в побуті і промисловості як самостійні вироби, так і в якості заміни традиційних матеріалів або в комплексі з ними для отримання унікальних характеристик.
Перше застосування знайшли штучні полімери. Найяскравіший приклад - гума. В даний час основна частина гумових виробів виконується з синтетичного каучуку, але є кілька областей застосування, де до сих пір використовується гума з натурального каучуку.
синтетичний каучук
Полімери мають цілим комплексом унікальних якостей, яких немає у традиційних матеріалів, або використання останніх технологічно і економічно недоцільно. Стійкість до хімічних реакцій у великому діапазоні температур і по відношенню до великої групи активних хімічних сполук сприяє великому розповсюдженню полімерних матеріалів в хімії та хімічній промисловості.
Низька токсичність, хімічна стійкість, відсутність алергічних реакцій дозволило синтетичних полімерів знайти широке застосування в медицині. Це штучні органи, виробництво ліків - від упаковок, до оболонок медичних препаратів (таблеток, капсул), шовні матеріали, клеї.
Харчова упаковка з полімерних матеріалів
Ті ж самі якості використовуються і в харчовій промисловості для виготовлення посуду, пакувальної тари для готових продуктів і в процесі їх виробництва. Собівартість упаковки синтетичної тари в кілька разів менше, ніж у картонній, паперовій або з інших натуральних матеріалів.
У промисловості високомолекулярні полімерні сполуки використовуються для виробництва конструкційних матеріалів, вузлів тертя, несучих конструкцій, лаків і фарб.
Завдяки чудовим електроізолюючим властивостями пластики практично повністю витіснили натуральні матеріали в електротехнічної промисловості. Ізоляція проводів, корпуси приладів, друковані плати виготовляються на основі полімерних матеріалів. Жорсткі обмотувальні дроти покриваються шаром синтетичних лаків, при малій товщині володіють високим опором і міцністю, а гнучкі монтажні провідники мають оболонку з полівінілхлориду або поліетилену, забарвлену в різні кольори для зручності обслуговування і ремонту.
На основі синтетичних полімерів виготовляються текстильні матеріали більшості відомих найменувань. Тканини та одяг мають в своєму складі пряжу на основі поліаміду, поліестеру, поліпропілену. Як альтернатива натуральної вовни виступає акрил, вироби з якого важко відрізнити від натуральних.
Той же самий поліамід, який служить заміною шовку, в монолітному стані має міцність, порівнянну з багатьма металами. Якщо врахувати, що поліамід, інакше званий капрон або нейлон, хімічно інертний, а значить, не схильний до корозії і має низький коефіцієнт тертя, то заміна металів синтетичними речовинами цілком очевидна.
Ще більш високі якості мають такі промислові полімери, як фторопласти - фторорганические з'єднання. Дані синтетичні полімерні матеріали мають один з найнижчих коефіцієнтів тертя і найвищу хімічну стійкість. Ці якості використовуються при виробництві вузлів тертя, особливо в пристроях, що працюють в агресивному середовищі.
Коли не можна зробити повноцінну заміну металевих конструкцій штучними матеріалами, виконують покриття металевої основи шаром пластика. Технологічний процес покриття металу шаром пластика здійснюється таким чином, щоб відбувалася зв'язок основи і покриття на молекулярному рівні. Цим досягається висока міцність з'єднання.
Промислові полімери можуть мати найрізноманітніші види. Використовуються як термопластичні матеріали, так і термореактивні пластики. У першому випадку для виготовлення деталей і конструкцій використовується метод лиття або пресування при температурі розм'якшення полімеру, а в другому пластмаса формується безпосередньо у вигляді готового виробу або напівфабрикату з мінімальною наступною обробкою.
Серед промислових синтетичних полімерів можна виділити композиційні матеріали, в яких наповнювачем або армуючої складової можуть служити найрізноманітніші матеріали, а сполучною речовиною виступає полімер.
Найбільш відомі такі композиційні матеріали:
- Склопластик - скловолокно або тканину на його основі, просочені епоксидної полімерною смолою. Даний композит має високу міцність, відмінні електроізоляційні властивості, стійкість до несприятливих факторів, високу вогнестійкість.
- Вуглепластик - армирующим елементом тут виступає вуглецеве волокно. Міцність і пружність конструкцій з вуглепластиків, поряд з їх легкістю (значно легше металів) послужили приводом для використання в аерокосмічному напрямку промисловості. Комплекс корисних якостей в цій області має більш високий пріоритет, ніж висока вартість, пов'язана з трудомісткістю отримання вуглецевих волокон.
- Текстоліт - тканинний шаруватий матеріал, в якому шари тканини просякнуті полімерним матеріалом. Тканина використовується натуральна або штучна. Самий міцний і надійний варіант - стеклотекстолит, який використовує тканину зі скловолокна;
- Порошкові композити, що мають наповнювач з порошкоподібних матеріалів натурального або штучного походження;
- Газонаповнені матеріали - спінені полімери. Це всім відомий поролон, пінопласт, пінополіуретан. Газонаповнені матеріали мають надзвичайно низьку теплопровідність і використовуються в якості теплоізоляційних матеріалів. М'якість, пластичність поряд з міцністю послужили значному поширенню пінопластових пакувальних матеріалів для легкої, але вимагає дбайливого звернення техніки.
Класифікація синтетичних полімерів
Існує кілька класифікаційних груп полімерів, в залежності від визначальної ознаки. В першу чергу, це:
- Штучні полімери, створені на основі природних органічних полімерів (целюлоза - целулоїд, каучук - гума);
- Синтетичні полімери, в основі яких синтез з низькомолекулярних сполук (стирол - полістирол, етилен - поліетилен).
За хімічним складом розподіл таке:
- Органічні, які мають в складі переважно вуглеводневі ланцюжка;
- Елементоорганіческіе, що включають в органічні ланцюжка неорганічні атоми (кремній, алюміній). Найбільш яскравий приклад - кремнійорганічні композиції.
Залежно від типів ланцюжків молекулярного складу, можна вказати наступні види структури полімерів:
- Лінійні, у яких мономери з'єднані в довгі прямі ланцюжка;
- розгалужені;
- З гратчастої структурою.
Варіанти структури полімерів
Всі полімерні сполуки по-різному характеризуються по відношенню до температури. Таким чином, їх ділять на дві групи:
- Термопластичні, для яких вплив температури надає оборотні зміни - нагрів, плавлення;
- Термореактивні, необоротно змінюють свою структуру при нагріванні. У більшості випадків цей процес відбувається без стадії плавлення.
Існує ще кілька типів класифікації полімерів, наприклад, по полярності молекулярних ланцюжків. Але дана кваліфікація необхідна тільки вузьким фахівцям.
Багато типів полімерів використовуються в самостійному вигляді (поліетилен, поліамід), але значна кількість застосовується в якості композиційних матеріалів, де виконує роль сполучного елемента між органічної та неорганічної основою - пластики на основі скляних або вуглецевих волокон. Часто можна зустріти комбінацію полімер - полімер (текстоліт, у якого полімерна тканина просочена полімерним сполучною).
Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту і натисніть Ctrl + Enter.
