Полимерные материалы

Свойства и применение

Термопластичными называют полимеры, которые при нагревании переходят из твердого состояния в мягкое, тягучее, а при охлаждении снова принимают твердую форму. Данные элементы получают реакцией полимеризации. Эта реакция проходит под большим давлением и без применения примесей. Реакция полимеризации стала возможна только благодаря современной химии и специализированной аппаратуре. Получить данный процесс в естественных условиях невозможно.

Свойства термопластичных полимеров вызваны способом соединения мономеров – соединение осуществляется в одном месте, в одном направлении. Другими словами, молекулы соединены между собой в линию при линейном виде, и в виде нескольких линий, сплетенных в паутину, при разветвленной структуре.

Термопластичные полимеры хорошо плавятся, а также растворяются в реагентах и растворителях. При испарении растворителя материал твердеет и приобретает прежние свойства. Это качество применяется при производстве различных клеев, лаков, красок, герметиков, замазок и других строительных растворов, имеющих в своем составе полимеры.

Из термопластичных полимеров выделяют:

• полиолефины;
• полиамиды;
• поливинилхлориды;
• фторопласты;
• полиуретаны;
• поликарбонаты;
• полиметилметакрилаты;
• полистирол.

На основании полимеров, исходных веществ и способов обработки выделяют следующие окончательные продуты:

1. пластмассы;
2. волокниты;
3. пленки;
4. покрытия;
5. слоистые пластики;
6. клеи.

Самое широкое применение термопластичные полимеры получили в строительстве при изготовлении материалов для изоляции, органических стекол, пленок и покрытий различной плотности и толщины, тонких волокон, а также в качестве связующих основ для клеев, штукатурок и теплоизоляционных материалов.

Из полимеров изготавливают бутылки и различные по форме сосуды, тару, трубы, детали машин оргтехники, компьютеров и электронного оборудования. А также используют при производстве напольного покрытия — линолеума, плитки, плинтусов, отделочных декоративных пленок, настенных панелей и пластика.

Рубрики

Свойства полимеров

• реологические:
  • вязкостные, определяющие процесс вязкого течения с развитием пластической деформации;
  • высокоэластичные, определяющие процесс развития и накопления обратимой высокоэластичной деформации при формовании;
  • релаксационные, определяющие релаксацию (уменьшение) касательных и нормальных напряжений, высокоэластичной деформации и ориентированных макромолекулярных цепей;
• стойкость полимеров к термоокислительной, гидролитической и механической деструкции в процессе формования под действием температуры, кислорода, влаги, механических напряжений;
• теплофизические, определяющие изменение объема, нагрев и охлаждение изделия в процессе формования и фиксирования формы и размеров;
• влажность, определяющая текучесть материала при формовании и качество изделия (вызывает гидролитическую деструкцию при формовании);
• объемные характеристики сыпучих материалов в твердом состоянии (насыпная масса, сыпучесть, гранулометрический состав).

Каучук и каучукоподобные полимеры

Каучуки и каучукоподобные полимеры сегодня получили самое широкое распространение. От обычных полимеров они отличаются тем, что при прикладывании силы вещество может растягиваться в 2-10 раз. После того как приложенная сила пропала, длина становится прежней. Подобная реакция на прикладываемую силу характеризуется следующим образом:

1. Молекулы рассматриваемых полимеров не выстроены в ряд, а расположены по спирали.
2. Взаимодействие между отдельными молекулами невысокое, что и определяет хорошую гибкость.
3. Молекулы соединяются в небольшом количестве мест, что также обеспечивает эластичность.

Огромное количество термореактивных полимеров из этой группы плохо растворяется, а при воздействии органических растворителей структура набухает.

К другим особенностям термореактивных полимеров данной группы отнесем нижеприведенные моменты:

1. Может проводится сшивка, за счет чего увеличивается количество молекулярных связей.
2. У получаемого продукта, который часто называют резиной, при вулканизации существенно повышается показатель эластичности, но совсем пропадает способность к растворению.
3. При увеличении количества сшивок образуются термореактивные полимеры повышенной прочности, который называют эбонитом. При сшивке в большинстве случаев применяется сера.

Рассматриваемый термореактивный полимер получил широкое применение также и в строительстве. При его использовании производят различные клеи и мастики, обладающие повышенной эластичностью. Кроме этого, проводится добавление каучука в битумные и полимерные материалы, что позволяет существенно повысить их герметичность и другие эксплуатационные свойства. Термореактивные полимеры этой группы применяются и для модификации бетона.

Особенности устройства и сфера применения гидравлических тележек.

Это устройство представляет собой П-образную тележку, у которой функцию кузова выполняют двузубые вилы с колесами. А на соединении этих «зубов» находится гидравлический подъемный механизм и рукоятка. Рукоятка же играет роль рычага при подъеме и руля — при перевозке. Вилочная конструкция устройства обуславливает его основную функцию – перевозку грузов, лежащих на поддонах. Благодаря безопасному и простому исполнению эти агрегаты могут использоваться людьми, не имеющими специальных навыков и знаний.

В СССР, такие тележки появились в 60 годах 20 века. Основным поставщиком была финская компания Rocla, давшая агрегату удобное название – рохля.

Благодаря возможности выбора из нескольких видов, сфера применения гидравлических тележек обширна:

1. Стандартный образец характеризуется, как безотказный и удобный помощник грузчика. Применяется в складских помещениях, на просторах супермаркетов и просто на улице. Обычно имеют грузоподъемность до 2 тонн.
2. Компактные рохли можно использовать в кузове грузовика или внутри вагона. Кроме того, они оптимально подойдут для небольшого магазина или склада. Причем малые габариты таких тележек не предполагают снижения грузоподъемности.
3. Экземпляр с встроенными весами позволяет взвешивать груз прямо там, где он лежит, без лишних погрузо-разгрузочных мероприятий. Этот вариант удобен для применения в пунктах приема металла или макулатуры. А показания измерительного устройства выводятся на дисплей, расположенный на рукояти.
4. Ножничный вариант – это, скорее, компактный мобильный грузовой лифт, чем тележка. Такой подъемник незаменим в узком проходе между стеллажами, а также при необходимости снятия или подъема груза в кузов автомобиля. Однако для безопасного применения ножничной рохли необходимо выбирать ровное горизонтальное основание и своевременно использовать тормозное устройство.
5. Устройства с повышенной грузоподъемностью способны заменить автопогрузчик там, где его использование затруднено или невозможно. Такие рохли с легкостью выдерживают вес до 5 тонн, не подвергая опасности оператора или его помощника.
6. Гидравлические тележки с удлиненными вилами применяются для работы сразу с двумя поддонами, если груз имеет соответствующий вес. Кроме того, они незаменимы для транспортировки по складу крупногабаритных товаров.
7. Низко профильные рохли и агрегаты с широкими вилами используют для работы с нестандартным грузом, поддонами европейского и американского образца.
8. Тележки специального назначения могут иметь повышенную маневренность благодаря наличию дополнительных колес.

Кроме того, бывают рохли с вилами нестандартной формы – для перевозки тяжелых рулонов или негабаритных грузов. Еще один вид специальных тележек имеет усиленную конструкцию из материалов, инертных к воздействию химических веществ и других агрессивных контактов.

Все разновидности этих агрегатов имеют общие достоинства:

• простоту устройства и эксплуатации,
• надежность и безопасность при соблюдении установленных правил,
• компактность и мобильность,
• повышение КПД работы грузчика.

Чтобы выбрать необходимый экземпляр, следует уточнить для себя сферу его применения, виды перевозимых грузов и прочие условия эксплуатации.

Литература

• Виноградова С. В., Васнев В. А. Поликонденсационные процессы и полимеры. : М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2000, 372 с.
• Коршак В. В., Виноградова С. В. Равновесная поликонденсация. , М.: Наука, 1968.
• Коршак В. В., Виноградова С. В. Неравновесная поликонденсация. , М.: Наука, 1972.
• Кривошей В. Н. Тара из полимерных материалов, М., 1990.
• Махлис Ф. А. Федюкин Д. Л., Терминологический справочник по резине, М., 1989.
• Тагер А. А. Физико-химия полимеров, М.: Научный мир, 2007.;
• Шефтель В. О. Вредные вещества в пластмассах, М., 1991.
• Энциклопедии полимеров, т. 1 — 3, гл. ред. В. А. Каргин, М., 1972—1977.

Термореактивные полимеры

Данные материалы первично имеют линейную структуру. При нагреве они размягчаются, однако в результате протекания в них химических реакций строение меняется на пространственное, и вещество превращается в твердое. В дальнейшем это качество сохраняется. На этом принципе построены полимерные композиционные материалы. Последующий их нагрев не размягчает вещество, а приводит только к его разложению. Готовая термореактивная смесь не растворяется и не плавится, поэтому недопустима ее повторная переработка. К этому виду материалов относятся эпоксидные кремнийорганические, феноло-формальдегидные и другие смолы.

Виды неорганических полимеров

На сегодняшний день существуют определенные критерии, по которым классифицируются неорганические полимеры. Основные из которых:

• природа происхождения;
• виды химических элементов и их разнообразие;
• количество мономерных звеньев;
• строение полимерной цепи;
• физические и химические свойства.

В зависимости от природы происхождения классифицируют синтетические и натуральные полимеры. Натуральные формируются в природных условиях без участия человека, а синтетические производятся и модифицируются в промышленных условиях для достижения необходимых свойств.

На сегодняшний день существует множество видов неорганических полимеров, среди которых выделяются наиболее широко используемые. К таким относится асбест.

Асбест – тонковолокнистый минерал, который относится к группе силикатов. Химический состав асбеста представлен силикатами магния, железы, натрия и кальция. Асбест обладает канцерогенными свойствами, поэтому очень опасен для здоровья человека. Он очень опасен для работников, занятых на его добычи. Но в виде готовых изделий он достаточно безопасен, так как не растворяется в различных жидкостях и не вступает с ними в реакцию.

Силикон – один из наиболее распространенных синтетических неорганических полимеров. Его легко встретить в повседневной жизни. Научное название силикона – полисилоксан. Его химический состав представляет собой связь кислорода и кремния, которая придает силикону свойства высокой прочности и гибкости. Благодаря этому, силикон способен выдержать высокие температуры и физические нагрузки не теряя прочности, сохраняя форму и структуру.

Силиконовый герметик

Полимеры углерода очень распространены в природе. Существует также множество видов, синтезирующихся человеком в промышленных условиях. Среди природных полимеров выделяется алмаз. Этот материал невероятно прочный и обладает кристально чистой структурой.

Карбин – это синтетический углеродный полимер, который обладает повышенными свойствами прочности, не уступающими алмазу и графену. Производится в виде черного морошка мелкокристаллической структуры. Обладает свойствами электропроводимости, которая увеличивается под воздействием света. Способен выдержать температуру в 5000 градусов не теряя свойств.

Графит – углеродный полимер, структура которого отличается плоскостной ориентацией. Из-за этого структура графита слоистая. Этот материал проводит электричество, тепло, но не пропускает свет. Его разновидностью является графен, который состоит из одного слоя молекул углерода.

Графит

Полимеры бора отличаются высокой твердостью, не сильно уступая алмазам. Способны выдержать температуру более 2000 градусов, что намного больше пограничной температуры алмаза.

Полимеры селена – довольно широкий ряд неорганических материалов. Наиболее известный из них – карбид селена. Карбид селена – прочный материал, имеющий вид прозрачных кристаллов.

Полисиланы обладают особыми свойствами, которые отличают их от других материалов. Этот вид проводит электричество и выдерживает температуру до 300 градусов.

Усилитель на микросхеме К174УН7

Особенности

Особые механические свойства

• эластичность — способность к высоким обратимым деформациям при относительно небольшой нагрузке (каучуки);
• малая хрупкость стеклообразных и кристаллических полимеров (пластмассы, органическое стекло);
• способность макромолекул к ориентации под действием направленного механического поля (используется при изготовлении волокон и плёнок).

Особенности растворов полимеров:

• высокая вязкость раствора при малой концентрации полимера;
• растворение полимера происходит через стадию набухания.

Особые химические свойства:

способность резко изменять свои физико-механические свойства под действием малых количеств реагента (вулканизация каучука, дубление кож и т. п.).

Особые свойства полимеров объясняются не только большой молекулярной массой, но и тем, что макромолекулы имеют цепное строение и обладают гибкостью.

Основные физические свойства

Отличительной чертой этого материала является то, что в его химический состав входит вещество, обладающее высокомолекулярными цепочками, повторяющиеся с данной периодичностью. Благодаря этому самым распространенным стал каучук (резина), отличающийся своей эластичностью и повышенной стойкостью к истиранию. Он и другие виды не только обладают свойствами упругости, но и имеют иные важные качества:

• • Низкая теплопроводимость. Как пример: если поставить на открытый огонь кастрюлю, то сплав из железа нагреется, а ручки, выполненные из пластмассы, останутся холодными.
• • Высокий показатель температурного коэффициента линейного расширения, который составляет от 70 до 200 10-6 на один градус. Молекулярная структура обладает свойствами увеличивать линейные размеры в несколько раз больше, чем металл при одинаковой t.
• • Благодаря своей гибкости, в последнее время технологи разработали методику нанесения тонким слоем полимер на металлические части изделий для защиты их от коррозии.
• • Предел прочности уступает показателям железа. Для повышения добавляют специальные компоненты, за счет которых получаются новые разновидности материала.
• • При разработке и производстве товара учитывается низкий коэффициент температурного нагрева. Рекомендуемым порогом является менее 80 градуса. Иначе изменятся физические свойства, которые приведут к снижению прочности.
• • Быстро воспламеняется при пожаре, при этом выделяют токсичные вещества.
• • Из-за сниженного показателя коэффициента трения на поверхности не остаются дефекты (царапины, сколы).
• • Обладает электроизоляционными свойствами. Так как он не проводит ток, то все ручки инструментов покрываются пластмассой.
• • Не поддается деформации при длительной нагрузке, способен восстанавливать свою первоначальную форму.

Классификация полимеров

Есть довольно большое количество показателей, по которым синтетические полимерные материалы могут классифицироваться. При этом классификация затрагивает и основные эксплуатационные качества. Именно поэтому рассмотрим разновидности полимерных материалов подробнее.

Классификация проводится по агрегатному состоянию:

1. Твердые. Практически все люди знакомы с полимерами, так как они используются при изготовлении корпусов бытовой техники и других предметов быты. Другое название этого материала – пластмасса. В твердой форме полимерный материал обладает достаточно высокой прочностью и пластичностью.
2. Эластичные материалы. Высокая эластичность структуры получила применение при производстве резины, поролона, силикона и других подобных материалов. Большая часть встречается в строительстве в качестве изоляции, что также связано с основными эксплуатационными качествами.
3. Жидкости. На основе полимеров производится достаточно большое количество самых различных жидких веществ, большая часть которых также применима в строительстве. Примером назовем краски, лаки, герметики и многое другое.

Различные виды полимерных материалов обладают разными эксплуатационными качествами. Именно поэтому следует рассматривать их особенности. Есть в продаже полимеры, которые до соединения находятся в жидком состоянии, но после вступления в реакцию становятся твердыми.

Классификация полимеров по происхождению:

1. Искусственные вещества, характеризующиеся высокомолекулярной массой.
2. Биополимеры, которые еще называют природными.
3. Синтетические.

Большее распространение получили полимерные материалы синтетического происхождения, так как за счет смешивания самых различных веществ достигаются исключительные эксплуатационные качества. Искусственные полимеры сегодня встречаются практически в каждом доме.

Классификация синтетических материалов проводится также по особенностям молекулярной сетки:

1. Линейные.
2. Разветвленные.
3. Пространственные.

Варианты структуры полимеров

Классификация проводится и по природе гетероатома:

1. В главную цепь может входить атом кислорода. Подобное строение цепочки позволяет получить сложные и простые полиэфиры и перекиси.
2. ВМС, которые характеризуются наличием атома серы в основной цепочке. За счет подобного строения получают политиоэфиры.
3. Можно встретить и соединения, в главной цепочке которых есть атомы фосфора.
4. В главную цепочку могут входить и атомы кислорода и с азотом. Наиболее распространенным примером подобного строения можно назвать полиуретаны.
5. Полиамины и полиамиды – яркие представители полимерных материалов, которые в своей главной цепочке имеют атомы азота.

Кроме этого выделяют две большие группы полимерных материалов:

1. Карбоцепные – вариант, который имеет основную цепочку макромолекулы ВМС с одним атомом углерода.
2. Гетероцепные – структура, которая кроме атома углерода имеет и атомы других веществ.

Существует просто огромное количество разновидностей карбоцепных полимеров:

1. Высокомолекулярные соединения, которые называют тефлоном.
2. Полимерные спирты.
3. Структуры с насыщенными главными цепочками.
4. Цепочки с насыщенными основными связями, которые представлены полиэтиленом и полипропиленом. Отметим, что сегодня подобные разновидности полимеров получили просто огромное распространение, их применяют при производстве строительных материалов и других вещей.
5. ВМС, которые получаются на основе переработки спиртов.
6. Вещества, полученные при переработке карбоновой кислоты.
7. Вещества, полученные на основе нитрилов.
8. Материалы, которые были получены на основе ароматических углеводородов. Самым распространенным представителем этой группы является полистирол. Он получил широкое применение по причине высоких изоляционных качеств. Сегодня полистирол используют для изоляции жилых и нежилых помещений, транспортных средств и другой техники.

Полимеры

Вся приведенная выше информация определяет то, что существует просто огромное количество разновидностей полимерных материалов. Этот момент также определяет их широкое распространение, применение практически во всех отраслях промышленности и сферах деятельности человека.

Общие сведения о полимерных материалах

Материалы, в состав
которых входит синтетическое
высокомолекулярное соединение (полимер),
определяющее их специфические свойства
называются полимерными. По составу
являются композиционными (кроме полимера
содержат наполнители, технологические
и другие добавки, улучшающие
физико-механические и технологические
свойства).

Наполнители
(порошкообразные, волокнистые, листовые)
повышают прочностные и другие свойства
материала и снижают расход полимера.
По наличию или отсутствию их полимерные
материалы делят на наполненные и
ненаполненные (простые).

Технологические
добавки (пластификаторы) – низкомолекулярные
соединения. К добавкам также относятся:

— катализаторы
твердения;

— порообразователи
(порофоры) для создания при необходимости
пористой структуры;

— стабилизаторы
для повышения долговечности материала;

— красители для
придания необходимых декоративных
качеств.

Особенности
высокомолекулярных соединений определяют
наличие у полимерных материалов ценных
свойств:

— высокая коррозионная
стойкость;

— малая средняя
плотность (от 15 до 2200 кг/м3);

— высокий коэффициент
конструктивного качества у слоистых
пластиков;

— хорошие звуко- и
теплоизоляционные качества у
газонаполненных пенопластмасс (Вт/(м·К));

— малая истираемость
(0,050,06
г/см2);

— высокие
диэлектрические свойства;

— радиопрозрачность;

— высокая
технологичность при переработке
(возможность полной автоматизации
производства, отсутствие отходов);

— практически
неограниченные возможности оптимизации
составов и получения материалов с
заданными свойствам.

Отрицательные
свойства:

— низкая теплостойкость
(у большинства в пределах 70-100С);

— горючесть с
выделением токсичных продуктов
термоокислительной деструкции;

— снижение прочности
при длительном нагружении (вследствие
ползучести);

— старение (снижение
физико-механических свойств);

— токсичность
некоторых компонентов, входящих в состав
полимера;

— высокая стоимость
и дефицитность синтетических полимеров.

Таким образом,
полимерные строительные материалы
перспективны, способствуют повышению
эффективности и качества строительства.
Находят широкое применение в капитальном
строительстве Министерства обороны.
Однако их применение в связи с отмеченными
недостатками связано, особенно в
специальном строительстве, с определенными
ограничениями, установленными
соответствующими нормативными
документами.

По отношению к
нагреванию
полимеры делятся на: термопластичные
и термореактивные.

Наиболее широко
в производстве применяют термопластичные
полимеры: поливинилхлорид, полиэтилен,
полистирол, полиметилметакрилат,
поливинилацетат. Из термореактивных
полимеров используют смолы холодного
отверждения (полиэфирные, эпоксидные
и фурановые), а также фенолформальдегидные
и карбамидные.

Переработка
термопластичных полимеров в изделия
основана на их способности пластифицироваться
при нагреве. Осуществляется разными
способами. Некоторые способы используются
и при переработке термореактивных
полимеров: метод вакуум- и пневмоформования
(получают санитарно-технические изделия),
литье под давлением, горячее прессование
(изготовление мелких изделий),
каландрирование (получение рулонных
материалов), экструдирование (получение
длинномерных изделий, пленок).

По назначению
полимерные строительные материалы
делятся на:

— материалы и
изделия для покрытия полов;

— отделочные
материалы и облицовочные изделия (для
внутренней отделки стен, потолков и
встроенной мебели), включая
профильнопогонажные;

— конструкционные
материалы (для элементов строительных
конструкций);

— трубы и
санитарно-технические изделия;

— гидроизоляционные
и герметизирующие материалы;

— теплоизоляционные
материалы;

— мастики и клеи.

Специфические
свойства полимерных материалов определяют
необходимость строгой регламентации,
содержащейся в соответствующих ГОСТ и
ТУ на материалы и изделия.

Полимерные материалы для пола

Теперь рассмотрим один из вариантов практического применения полимеров, раскрывающего всю возможную гамму этих материалов. Эти вещества нашли широкое применение в строительстве и ремонтно-отделочных работах, в частности в покрытии полов. Огромная популярность объясняется характеристиками рассматриваемых веществ: они устойчивы к стиранию, малотеплопроводны, имеют незначительное водопоглощение, достаточно прочны и тверды, обладают высокими лакокрасочными качествами. Производство полимерных материалов можно разделить условно на три группы: линолеумы (рулонные), плиточные изделия и смеси для устройства бесшовных полов. Теперь вкратце рассмотрим каждый из них.

Линолеумы изготавливают на основе разных типов наполнителей и полимеров. В их состав также могут входить пластификаторы, технологические добавки и пигменты. В зависимости от типа полимерного материала, различают полиэфирные (глифталевые), поливинилхлоридные, резиновые, коллоксилиновые и другие покрытия. Кроме того, по структуре они делятся на безосновные и со звуко-, теплоизолирующей основой, однослойные и многослойные, с гладкой, ворсистой и рифленой поверхностью, а также одно- и многоцветные.

Плиточные материалы, изготовленные на основе полимерных компонентов, обладают весьма малой истираемостью, химической стойкостью и долговечностью. В зависимости от типа сырья, этот вид полимерной продукции делят на кумаронополивинилхлоридные, кумароновые, поливинилхлоридные, резиновые, фенолитовые, битумные плитки, а также древесностружечные и древесноволокнистые плиты.

Материалы для бесшовных полов являются наиболее удобными и гигиеничными в эксплуатации, они обладают высокой прочностью. Эти смеси принято делить на полимерцемент, полимербетон и поливинилацетат.

Видео: монтаж сухой стяжки пола