Polimer materiallar: texnologiyasi, turlari, ishlab chiqarish va qo'llanilishi

2024 Muallif: Howard Calhoun | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-17 10:44

Polimerik materiallar bir xil tuzilishga ega boʻlgan koʻp sonli kichik molekulyar monomerlardan (birliklardan) tashkil topgan kimyoviy yuqori molekulyar birikmalardir. Ko'pincha polimerlarni ishlab chiqarish uchun quyidagi monomerik komponentlar qo'llaniladi: etilen, vinilxlorid, vinil dexlorid, vinil asetat, propilen, metil metakrilat, tetrafloroetilen, stirol, karbamid, melamin, formaldegid, fenol. Ushbu maqolada biz polimer materiallar nima ekanligini, ularning kimyoviy va fizik xususiyatlari, tasnifi va turlari qanday ekanligini batafsil ko'rib chiqamiz.

Polimerlar turlari

Ushbu material molekulalarining xususiyati katta molekulyar og'irlik bo'lib, u quyidagi qiymatga mos keladi: M>5103. Bu parametrdan pastroq (M=500-5000) darajali birikmalar oligomerlar deyiladi. Past molekulyar og'irlikdagi birikmalarda massa 500 dan kam. Polimer materiallarning quyidagi turlari ajratiladi: sintetik va tabiiy. Ikkinchisiga tabiiy kauchuk, slyuda, jun, asbest, tsellyuloza va boshqalar kiradi, ammo asosiy o'rinni past molekulyar birikmalardan kimyoviy sintez jarayoni natijasida olingan sintetik polimerlar egallaydi. qarabyuqori molekulyar materiallarni ishlab chiqarish usulidan polikondensatsiya yoki qo'shilish reaktsiyasi natijasida hosil bo'lgan polimerlar ajralib turadi.

Polimerizatsiya

Bu jarayon uzun zanjirlarni olish uchun past molekulyar og'irlikdagi komponentlarning yuqori molekulyar og'irlikdagi birikmasidir. Polimerlanish darajasi - ma'lum tarkibdagi molekulalardagi "mers" soni. Ko'pincha polimer materiallar mingdan o'n minggacha birliklarni o'z ichiga oladi. Polimerizatsiya yo'li bilan quyidagi tez-tez ishlatiladigan birikmalar olinadi: polietilen, polipropilen, polivinilxlorid, politetrafloroetilen, polistirol, polibutadien va boshqalar.

Polikondensatsiya

Bu jarayon bosqichma-bosqich reaksiya boʻlib, u bir xil turdagi koʻp sonli monomerlarni yoki bir juft turli guruhlarni (A va B) polikapasitorlarga (makromolekulalar) birlashtirib, bir vaqtning oʻzida quyidagi moddalarni hosil qilishdan iborat. qo'shimcha mahsulotlar: metil spirti, karbonat angidrid, vodorod xlorid, ammiak, suv va boshqalar. Polikondensatsiya natijasida silikonlar, polisulfonlar, polikarbonatlar, aminoplastmassalar, fenolik plastmassalar, poliesterlar, poliamidlar va boshqa polimer materiallar ishlab chiqariladi.

Polyaddition

Bu jarayon toʻyinmagan guruhlar monomerlariga (faol davrlar yoki qoʻsh bogʻlanishlar) chegaralovchi reaksiya birikmalarini oʻz ichiga olgan monomer komponentlarning koʻp marta qoʻshilishi reaksiyalari natijasida polimerlar hosil boʻlishi tushuniladi. Polikondensatsiyadan farqli o'laroq, ko'p qo'shilish reaktsiyasi hech qanday qo'shimcha mahsulotlarsiz davom etadi. Ushbu texnologiyaning eng muhim jarayoni epoksi qatronlarini quritish va poliuretan ishlab chiqarishdir.

Polimerlarning tasnifi

Barcha polimer materiallarning tarkibi noorganik, organik va organoelementlarga bo'linadi. Ulardan birinchisi (silikat shishasi, slyuda, asbest, keramika va boshqalar) atom uglerodini o'z ichiga olmaydi. Ular alyuminiy, magniy, kremniy va boshqalar oksidlariga asoslangan. Organik polimerlar eng keng sinfni tashkil qiladi, ular tarkibida uglerod, vodorod, azot, oltingugurt, galogen va kislorod atomlari mavjud. Organoelementli polimer materiallar - bu asosiy zanjirlarda sanab o'tilganlarga qo'shimcha ravishda kremniy, alyuminiy, titan va organik radikallar bilan birlasha oladigan boshqa elementlarning atomlariga ega bo'lgan birikmalar. Bunday kombinatsiyalar tabiatda uchramaydi. Bular faqat sintetik polimerlardir. Ushbu guruhning xarakterli vakillari kremniyli organoga asoslangan birikmalar bo'lib, ularning asosiy zanjiri kislorod va kremniy atomlaridan tuzilgan.

Kerakli xususiyatlarga ega polimerlarni olish uchun texnologiya ko'pincha "sof" moddalardan emas, balki ularning organik yoki noorganik komponentlar bilan kombinatsiyasidan foydalanadi. Yaxshi namuna sifatida polimer qurilish materiallarini keltirish mumkin: metall-plastmassa, plastmassa, shisha tolali, polimer beton.

Polimerlarning tuzilishi

Bu materiallar xossalarining oʻziga xosligi ularning tuzilishi bilan bogʻliq boʻlib, ular oʻz navbatida quyidagi turlarga boʻlinadi: chiziqli-tarmoqli, chiziqli, fazoviy.katta molekulyar guruhlar va juda o'ziga xos geometrik tuzilmalar, shuningdek, narvon bilan. Keling, ularning har birini qisqacha ko'rib chiqaylik.

Chiziqli tarmoqlangan tuzilishga ega polimer materiallar asosiy molekula zanjiridan tashqari yon shoxlarga ega. Bu polimerlarga polipropilen va poliizobutilen kiradi.

Chiziqli tuzilishga ega materiallar uzun zigzag yoki spiral zanjirlarga ega. Ularning makromolekulalari, birinchi navbatda, zanjirning bir tarkibiy guruhi yoki kimyoviy birligidagi saytlarning takrorlanishi bilan tavsiflanadi. Chiziqli tuzilishga ega bo'lgan polimerlar zanjir bo'ylab va ular orasidagi bog'lanish tabiatida sezilarli farq bo'lgan juda uzun makromolekulalar mavjudligi bilan ajralib turadi. Bu molekulalararo va kimyoviy aloqalarni nazarda tutadi. Bunday materiallarning makromolekulalari juda moslashuvchan. Va bu xususiyat polimer zanjirlarining asosi bo'lib, u sifat jihatidan yangi xususiyatlarga olib keladi: yuqori elastiklik, shuningdek, qattiqlashgan holatda mo'rtlikning yo'qligi.

Va endi fazoviy tuzilishga ega polimer materiallar nima ekanligini bilib olaylik. Ushbu moddalar makromolekulalar bir-biri bilan birlashganda ko'ndalang yo'nalishda kuchli kimyoviy bog'larni hosil qiladi. Natijada, to'rning bir xil bo'lmagan yoki fazoviy asosiga ega bo'lgan mash tuzilishi olinadi. Ushbu turdagi polimerlar chiziqlilarga qaraganda ko'proq issiqlikka chidamlilik va qattiqlikka ega. Ushbu materiallar ko'plab strukturaviy metall bo'lmagan moddalarning asosidir.

Polimer materiallarning zinapoyali tuzilishga ega molekulalari kimyoviy bog’ bilan bog’langan juft zanjirlardan iborat. Bularga kiradiorganosilikon polimerlar, ular ortib qattiqligi, issiqlikka chidamliligi bilan ajralib turadi, bundan tashqari, ular organik erituvchilar bilan o'zaro ta'sir qilmaydi.

Polimerlarning fazaviy tarkibi

Bu materiallar amorf va kristalli hududlardan tashkil topgan tizimlardir. Ulardan birinchisi qattiqlikni kamaytirishga yordam beradi, polimerni elastik qiladi, ya'ni katta qaytariladigan deformatsiyalarga qodir. Kristal faza ularning mustahkamligini, qattiqligini, elastik modulini va boshqa parametrlarini oshirishga yordam beradi, shu bilan birga moddaning molekulyar moslashuvchanligini kamaytiradi. Bunday barcha maydonlar hajmining umumiy hajmga nisbati kristallanish darajasi deb ataladi, bu erda maksimal darajada (80% gacha) polipropilenlar, floroplastlar, yuqori zichlikdagi polietilenlar mavjud. Polivinilxloridlar, past zichlikdagi polietilenlar pastroq kristallanish darajasiga ega.

Polimer materiallar qizdirilganda qanday harakat qilishiga qarab, ular odatda termoset va termoplastiklarga bo'linadi.

Termoset polimerlari

Bu materiallar birinchi navbatda chiziqli tuzilishga ega. Qizdirilganda ular yumshaydi, lekin ularda sodir bo'ladigan kimyoviy reaktsiyalar natijasida struktura fazoviy holatga o'zgaradi va modda qattiq moddaga aylanadi. Kelajakda bu sifat saqlanib qoladi. Ushbu printsip asosida polimer kompozit materiallar qurilgan. Ularning keyingi isishi moddani yumshata olmaydi, faqat uning parchalanishiga olib keladi. Tayyor termoset aralashmasi erimaydi yoki erimaydi, shuning uchununi qayta ishlashga ruxsat berilmaydi. Ushbu turdagi materiallarga epoksi silikon, fenol-formaldegid va boshqa qatronlar kiradi.

Termoplastik polimerlar

Bu materiallar qizdirilganda avval yumshab, keyin eriydi, soʻng sovutilganda qattiqlashadi. Termoplastik polimerlar bunday ishlov berish jarayonida kimyoviy o'zgarishlarga uchramaydi. Bu jarayonni butunlay teskari holga keltiradi. Ushbu turdagi moddalar makromolekulalarning chiziqli tarmoqli yoki chiziqli tuzilishiga ega bo'lib, ular orasida kichik kuchlar ta'sir qiladi va kimyoviy bog'lanishlar mutlaqo yo'q. Bularga polietilenlar, poliamidlar, polistirollar va boshqalar kiradi. Termoplastik turdagi polimer materiallar texnologiyasi ularni suv bilan sovutilgan qoliplarda inyeksion kalıplama, presslash, ekstruziya, puflash va boshqa usullar bilan ishlab chiqarishni nazarda tutadi.

Kimyoviy xossalari

Polimerlar quyidagi holatda bo'lishi mumkin: qattiq, suyuq, amorf, kristal faza, shuningdek, yuqori elastik, yopishqoq va shishasimon deformatsiya. Polimer materiallarning keng qo'llanilishi ularning turli xil tajovuzkor muhitlarga, masalan, konsentrlangan kislotalar va ishqorlarga nisbatan yuqori chidamliligi bilan bog'liq. Ular elektrokimyoviy korroziyaga duchor bo'lmaydilar. Bundan tashqari, ularning molekulyar og'irligi oshishi bilan materialning organik erituvchilarda eruvchanligi pasayadi. Va uch o'lchovli tuzilishga ega bo'lgan polimerlarga odatda yuqorida aytib o'tilgan suyuqliklar ta'sir qilmaydi.

Jismoniy xususiyatlar

Ko'pchilik polimerlar izolyatorlar, qo'shimcha ravishda ular magnit bo'lmagan materiallardir. Amaldagi barcha strukturaviy materiallardan faqat ular eng past issiqlik o'tkazuvchanligi va eng yuqori issiqlik quvvatiga ega, shuningdek, termal qisqarish (metalldan taxminan yigirma baravar ko'p). Past harorat sharoitida turli xil plomba agregatlarining mahkamligini yo'qotish sababi kauchukning shisha o'tishi deb ataladigan narsa, shuningdek, vitrifikatsiyalangan holatda metallar va kauchuklarning kengayish koeffitsientlari o'rtasidagi keskin farqdir.

Mexanik xususiyatlar

Polimerik materiallar juda ko'p mexanik xususiyatlarga ega bo'lib, ularning tuzilishiga juda bog'liq. Ushbu parametrga qo'shimcha ravishda, moddaning mexanik xususiyatlariga turli xil tashqi omillar katta ta'sir ko'rsatishi mumkin. Bunga quyidagilar kiradi: harorat, chastota, yuklanish davomiyligi yoki tezligi, kuchlanish holatining turi, bosim, atrof-muhitning tabiati, issiqlik bilan ishlov berish va boshqalar. Polimer materiallarning mexanik xususiyatlarining o'ziga xos xususiyati ularning juda past qattiqlikdagi nisbatan yuqori mustahkamligidir (qiyoslangan holda metallarga).

Polimerlar odatda elastik moduli E=1–10 GPa (tolalar, plyonkalar, plastmassalar) ga toʻgʻri keladigan qattiq moddalarga va elastik moduli E=1– boʻlgan yumshoq yuqori elastik moddalarga boʻlinadi. 10 MPa (kauchuk). Ikkalasining yo'q qilish shakllari va mexanizmi har xil.

Polimerik materiallar xossalarning yaqqol anizotropiyasi, shuningdek, mustahkamlikning pasayishi, uzoq muddatli yuklanishda emirilishning rivojlanishi bilan tavsiflanadi. Shu bilan birga ularnisbatan yuqori charchoq qarshiligiga ega. Metalllarga nisbatan ular mexanik xususiyatlarning haroratga keskin bog'liqligi bilan farqlanadi. Polimer materiallarning asosiy xususiyatlaridan biri deformatsiya (egiluvchanlik) hisoblanadi. Ushbu parametrga ko'ra, keng harorat oralig'ida ularning asosiy operatsion va texnologik xususiyatlarini baholash odatiy holdir.

Polimer taxta materiallari

Endi polimerlarni amaliy qoʻllash variantlaridan birini koʻrib chiqamiz, bu materiallarning toʻliq assortimentini ochib beramiz. Ushbu moddalar qurilish va ta'mirlash va pardozlash ishlarida, xususan, pol qoplamalarida keng qo'llaniladi. Katta mashhurlik ko'rib chiqilayotgan moddalarning xususiyatlari bilan izohlanadi: ular aşınmaya bardoshli, past issiqlik o'tkazuvchanligiga ega, suvni ozgina singdiradi, juda kuchli va qattiq, yuqori bo'yoq va lak sifatiga ega. Polimer materiallarni ishlab chiqarish shartli ravishda uch guruhga bo'linishi mumkin: linoleumlar (prokat), plitka mahsulotlari va choksiz pollarni o'rnatish uchun aralashmalar. Keling, har birini tezda ko'rib chiqaylik.

Linolyumlar har xil turdagi plomba va polimerlar asosida tayyorlanadi. Ular shuningdek, plastifikatorlar, ishlov berish vositalari va pigmentlarni o'z ichiga olishi mumkin. Polimer materialining turiga qarab, poliester (gliftalik), polivinilxlorid, kauchuk, kolloksilin va boshqa qoplamalar farqlanadi. Bundan tashqari, tuzilishiga ko'ra, ular asossiz va tovush va issiqlik izolyatsion asosli, bir qatlamli va ko'p qatlamli, silliq, junli bo'linadi.va gofrirovka qilingan sirt, shuningdek, bitta va ko'p rangli.

Polimer komponentlar asosida tayyorlangan plitkali materiallar juda past aşınmaya, kimyoviy qarshilikka va chidamlilikka ega. Xom ashyo turiga qarab, bu turdagi polimer mahsulotlari kumaron-polivinilxlorid, kumaron, polivinilxlorid, kauchuk, fenolit, bitumli plitkalar, shuningdek, DSP va tolali plitalarga bo'linadi.

Choksiz pollar uchun materiallar foydalanish uchun eng qulay va gigienik hisoblanadi, ular yuqori quvvatga ega. Bu aralashmalar odatda polimer tsement, polimer beton va polivinilatsetatga bo'linadi.