Materialet polimer: teknologjia, llojet, prodhimi dhe aplikimi

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 10:40

Materialet polimerike janë komponime kimike me molekulare të lartë që përbëhen nga monomere (njësi) të shumta molekulare të vogla të së njëjtës strukturë. Shpesh, përbërësit e mëposhtëm monomerikë përdoren për prodhimin e polimereve: etilen, klorur vinil, vinil deklorid, acetat vinil, propileni, metakrilat metil, tetrafluoroetilen, stiren, ure, melaminë, formaldehid, fenol. Në këtë artikull, ne do të shqyrtojmë në detaje se çfarë janë materialet polimerike, cilat janë vetitë e tyre kimike dhe fizike, klasifikimi dhe llojet.

Llojet e polimereve

Një tipar i molekulave të këtij materiali është një peshë e madhe molekulare, e cila korrespondon me vlerën e mëposhtme: М>5103. Komponimet me nivel më të ulët të këtij parametri (M=500-5000) quhen oligomere. Te komponimet me peshë të vogël molekulare masa është më e vogël se 500. Dallohen këto lloje të materialeve polimerike: sintetike dhe natyrale. Këto të fundit përfshijnë kauçukun natyral, mikën, leshin, azbestin, celulozën etj. Megjithatë, vendin kryesor e zënë polimerët sintetikë, të cilët përftohen si rezultat i një procesi sinteze kimike nga komponime me peshë të ulët molekulare. në varësinga metoda e prodhimit të materialeve me molekulare të lartë dallohen polimeret, të cilët krijohen ose me polikondensim ose me reaksion shtimi.

Polimerizim

Ky proces është një kombinim i komponentëve me peshë të ulët molekulare në peshë molekulare të lartë për të marrë zinxhirë të gjatë. Niveli i polimerizimit është numri i "mers" në molekulat e një përbërje të caktuar. Më shpesh, materialet polimerike përmbajnë nga një mijë deri në dhjetë mijë njësi të tyre. Komponimet e mëposhtme të përdorura zakonisht përftohen nga polimerizimi: polietileni, polipropileni, klorur polivinil, politetrafluoroetileni, polistireni, polibutadieni, etj.

Polikondensim

Ky proces është një reaksion hap pas hapi, i cili konsiston në kombinimin ose të një numri të madh monomerësh të të njëjtit lloj, ose një çifti grupesh të ndryshme (A dhe B) në polikondensatorë (makromolekula) me formimin e njëkohshëm të mëposhtëm nënprodukte: alkool metil, dioksid karboni, klorur hidrogjeni, amoniak, ujë, etj. Polikondensimi prodhon silikone, polisulfone, polikarbonate, aminoplastikë, plastikë fenolike, poliesterë, poliamide dhe materiale të tjera polimerike.

Polyshtim

Ky proces kuptohet si formimi i polimereve si rezultat i reaksioneve të shtimit të shumëfishtë të përbërësve monomerikë që përmbajnë kombinime reaksionesh kufizuese ndaj monomereve të grupeve të pangopura (cikle aktive ose lidhje të dyfishta). Ndryshe nga polikondensimi, reaksioni i poliadditimit vazhdon pa asnjë nënprodukt. Procesi më i rëndësishëm i kësaj teknologjie është shërimi i rrëshirave epoksi dhe prodhimi i poliuretaneve.

Klasifikimi i polimereve

Përbërja e të gjitha materialeve polimerike ndahet në elemente inorganike, organike dhe organoelemente. E para prej tyre (xhami silikat, mika, azbesti, qeramika etj.) nuk përmbajnë karbon atomik. Ato bazohen në oksidet e aluminit, magnezit, silicit etj. Polimeret organike përbëjnë klasën më të gjerë, ato përmbajnë atome karboni, hidrogjeni, azoti, squfuri, halogjeni dhe oksigjeni. Materialet polimere organoelement janë komponime që në zinxhirët kryesorë kanë, përveç atyre të listuara, atome të silikonit, aluminit, titanit dhe elementë të tjerë që mund të kombinohen me radikalet organike. Kombinime të tilla nuk ndodhin në natyrë. Këto janë ekskluzivisht polimere sintetike. Përfaqësues karakteristikë të këtij grupi janë përbërjet me bazë organosilikon, zinxhiri kryesor i të cilave është i ndërtuar nga atomet e oksigjenit dhe silikonit.

Për të përftuar polimere me vetitë e kërkuara, teknologjia shpesh nuk përdor substanca "të pastra", por kombinime të tyre me përbërës organikë ose inorganikë. Një shembull i mirë janë materialet e ndërtimit polimer: metal-plastika, plastika, tekstil me fije qelqi, betoni polimer.

Struktura e polimereve

E veçanta e vetive të këtyre materialeve është për shkak të strukturës së tyre, e cila, nga ana tjetër, ndahet në llojet e mëposhtme: lineare-degëzuese, lineare, hapësinore.me grupe të mëdha molekulare dhe struktura gjeometrike shumë specifike, si dhe shkallë. Le të shqyrtojmë shkurtimisht secilën prej tyre.

Materialet polimere me strukturë të degëzuar në mënyrë lineare, përveç zinxhirit kryesor të molekulave, kanë edhe degë anësore. Këto polimere përfshijnë polipropilenin dhe poliizobutilenin.

Materialet me strukturë lineare kanë zinxhirë të gjatë zigzag ose spirale. Makromolekulat e tyre karakterizohen kryesisht nga përsëritjet e vendeve në një grup strukturor të një lidhjeje ose njësie kimike të zinxhirit. Polimerët me strukturë lineare dallohen nga prania e makromolekulave shumë të gjata me një ndryshim domethënës në natyrën e lidhjeve përgjatë zinxhirit dhe ndërmjet tyre. Kjo i referohet lidhjeve ndërmolekulare dhe kimike. Makromolekulat e materialeve të tilla janë shumë fleksibël. Dhe kjo veti është baza e zinxhirëve polimer, gjë që çon në karakteristika cilësore të reja: elasticitet të lartë, si dhe mungesë brishtësie në gjendjen e kuruar.

Dhe tani le të zbulojmë se çfarë janë materialet polimerike me një strukturë hapësinore. Këto substanca formojnë, kur makromolekulat kombinohen me njëra-tjetrën, lidhje të forta kimike në drejtim tërthor. Si rezultat, fitohet një strukturë rrjetë, e cila ka një bazë jo uniforme ose hapësinore të rrjetës. Polimerët e këtij lloji kanë rezistencë ndaj nxehtësisë dhe ngurtësi më të madhe se ato lineare. Këto materiale janë baza e shumë substancave strukturore jometalike.

Molekulat e materialeve polimer me një strukturë shkallë përbëhen nga një palë zinxhirësh që lidhen me një lidhje kimike. Kjo perfshinpolimere organosilikon, të cilat karakterizohen nga ngurtësi e shtuar, rezistencë ndaj nxehtësisë, përveç kësaj, ato nuk ndërveprojnë me tretësit organikë.

Përbërja fazore e polimereve

Këto materiale janë sisteme që përbëhen nga zona amorfe dhe kristalore. E para prej tyre ndihmon në uljen e ngurtësisë, e bën polimerin elastik, domethënë të aftë për deformime të mëdha të kthyeshme. Faza kristalore ndihmon në rritjen e forcës, fortësisë, modulit elastik dhe parametrave të tjerë, duke reduktuar fleksibilitetin molekular të substancës. Raporti i vëllimit të të gjitha zonave të tilla me vëllimin total quhet shkalla e kristalizimit, ku niveli maksimal (deri në 80%) ka polipropilene, fluoroplaste, polietilene me densitet të lartë. Kloruret polivinil, polietilenet me densitet të ulët kanë një shkallë më të ulët kristalizimi.

Në varësi të mënyrës se si sillen materialet polimer kur nxehen, ato zakonisht ndahen në termofikse dhe termoplastikë.

Polimere termoset

Këto materiale kryesisht kanë një strukturë lineare. Kur nxehen, ato zbuten, por si rezultat i reaksioneve kimike që ndodhin në to, struktura ndryshon në një hapësinore dhe substanca shndërrohet në një të ngurtë. Në të ardhmen, kjo cilësi do të ruhet. Materialet e përbëra polimer janë ndërtuar mbi këtë parim. Ngrohja e tyre e mëvonshme nuk e zbut substancën, por vetëm çon në dekompozimin e saj. Prandaj, përzierja e përfunduar e termoset nuk tretet ose shkrihetnuk lejohet riciklimi i tij. Ky lloj materiali përfshin silikonin epoksi, fenol-formaldehid dhe rrëshira të tjera.

Polimere termoplastike

Këto materiale, kur nxehen, fillimisht zbuten dhe më pas shkrihen dhe më pas ngurtësohen kur ftohen. Polimerët termoplastikë nuk pësojnë ndryshime kimike gjatë këtij trajtimi. Kjo e bën procesin plotësisht të kthyeshëm. Substancat e këtij lloji kanë një strukturë të degëzuar lineare ose lineare të makromolekulave, midis të cilave veprojnë forca të vogla dhe nuk ka absolutisht asnjë lidhje kimike. Këto përfshijnë polietilenet, poliamidet, polistirenet, etj. Teknologjia e materialeve polimerike të tipit termoplastik parashikon prodhimin e tyre me derdhje me injeksion në kallëpe të ftohura me ujë, shtypje, nxjerrje, fryrje dhe metoda të tjera.

Vetitë kimike

Polimerët mund të jenë në gjendjet e mëposhtme: të ngurtë, të lëngët, amorfe, fazë kristalore, si dhe me deformim shumë elastik, viskoz dhe të qelqtë. Përdorimi i gjerë i materialeve polimerike është për shkak të rezistencës së tyre të lartë ndaj mediave të ndryshme agresive, siç janë acidet e koncentruara dhe alkalet. Ato nuk i nënshtrohen korrozionit elektrokimik. Përveç kësaj, me një rritje të peshës së tyre molekulare, tretshmëria e materialit në tretës organikë zvogëlohet. Dhe polimeret, të cilët kanë një strukturë tre-dimensionale, në përgjithësi nuk ndikohen nga lëngjet e përmendura.

Vetitë fizike

Shumica e polimereve janë izolues, përveç kësaj, ato janë materiale jomagnetike. Nga të gjitha materialet strukturore të përdorura, vetëm ato kanë përçueshmërinë termike më të ulët dhe kapacitetin më të lartë të nxehtësisë, si dhe tkurrjen termike (rreth njëzet herë më shumë se ajo e metalit). Arsyeja e humbjes së ngushtësisë së montimeve të ndryshme vulosëse në kushte të temperaturës së ulët është i ashtuquajturi tranzicion xhami i gomës, si dhe ndryshimi i mprehtë midis koeficientëve të zgjerimit të metaleve dhe gomave në gjendje të qelqëzuar.

Vetitë mekanike

Materialet polimerike kanë një gamë të gjerë karakteristikash mekanike, të cilat varen shumë nga struktura e tyre. Përveç këtij parametri, faktorë të ndryshëm të jashtëm mund të kenë një ndikim të madh në vetitë mekanike të një substance. Këto përfshijnë: temperaturën, frekuencën, kohëzgjatjen ose shkallën e ngarkimit, llojin e gjendjes së stresit, presionin, natyrën e mjedisit, trajtimin termik, etj. Një tipar i vetive mekanike të materialeve polimerike është forca e tyre relativisht e lartë në ngurtësi shumë të ulët (krahasuar te metalet).

Polimerët zakonisht ndahen në të ngurta, moduli elastik i të cilave korrespondon me E=1–10 GPa (fibra, filma, plastikë) dhe substanca të buta shumë elastike, moduli elastik i të cilave është E=1– 10 MPa (gome). Modelet dhe mekanizmi i shkatërrimit të të dyjave janë të ndryshme.

Materialet polimerike karakterizohen nga një anizotropi e theksuar e vetive, si dhe nga një rënie e forcës, zhvillimi i zvarritjes nën ngarkim afatgjatë. Së bashku me këtë atakanë rezistencë relativisht të lartë ndaj lodhjes. Krahasuar me metalet, ato ndryshojnë në një varësi më të mprehtë të vetive mekanike nga temperatura. Një nga karakteristikat kryesore të materialeve polimerike është deformueshmëria (përkulshmëria). Sipas këtij parametri, në një gamë të gjerë temperaturash, është zakon të vlerësohen vetitë e tyre kryesore operacionale dhe teknologjike.

Materialet e dyshemesë polimer

Tani le të shqyrtojmë një nga opsionet për aplikimin praktik të polimereve, duke zbuluar gamën e plotë të këtyre materialeve. Këto substanca përdoren gjerësisht në punimet e ndërtimit dhe riparimit dhe përfundimit, veçanërisht në dysheme. Popullariteti i madh shpjegohet me karakteristikat e substancave në fjalë: ato janë rezistente ndaj gërryerjes, kanë përçueshmëri të ulët termike, kanë pak thithje uji, janë mjaft të forta dhe të forta dhe kanë cilësi të larta të bojës dhe llakut. Prodhimi i materialeve polimerike mund të ndahet me kusht në tre grupe: linoleume (të mbështjellë), produkte pllakash dhe përzierje për instalimin e dyshemeve pa probleme. Le t'i hedhim një vështrim të shpejtë secilit prej tyre tani.

Linoleumet bëhen në bazë të llojeve të ndryshme të mbushësve dhe polimereve. Ato mund të përfshijnë gjithashtu plastifikues, ndihmës përpunues dhe pigmente. Në varësi të llojit të materialit polimer, dallohen poliesteri (gliftalik), polivinilkloruri, goma, koloksilina dhe veshje të tjera. Përveç kësaj, sipas strukturës, ato ndahen në pa bazë dhe me një bazë izoluese të zërit dhe nxehtësisë, njështresore dhe shumështresore, me një shtresë të lëmuar, të butë.dhe sipërfaqe të valëzuar, si dhe të vetme dhe shumëngjyrëshe.

Materialet me pllaka të bëra në bazë të përbërësve polimer kanë gërryerje, rezistencë kimike dhe qëndrueshmëri shumë të ulët. Në varësi të llojit të lëndës së parë, ky lloj i produkteve polimer ndahet në kumaron-polivinilklorur, kumaron, polivinilklorur, gomë, fenolit, pllaka bituminoze, si dhe kartoni chip dhe fibër.

Materialet për dysheme pa qepje janë më të përshtatshmet dhe higjienike për t'u përdorur, ato kanë forcë të lartë. Këto përzierje zakonisht ndahen në çimento polimer, beton polimer dhe polivinil acetat.