Виды полимерных материалов

Классификация полимеров по областям применения

Полимеры, главным образом, термопласты подразделяют по степени роста технических и эксплуатационных характеристик. Основной характеристикой полимера при этом является температура долговременной эксплуатации. В данном случае полимеры с известными допущениями и довольно большими разночтениями у разных авторов разделяют на три категории:

• General purpose plastics или полимеры общего (общетехнического) назначения;
• Engineering plastics или конструкционные пластики (полимеры инженерно-технического назначения);
• Super-engineering plastics или суперконструкционные полимеры.

Также всё более важную роль в современной индустрии полимеров играет класс эластомеров или термоэластопластов (TPE, ТПЭ). По своим свойствам и методам переработки в изделия эти материалы аналогичны термопластам, при этом по внешнему виду и эксплуатационным свойствам близки к резине и каучуку. ТПЭ в быту повсеместно путают с резиной из-за способности этих материалов к значительным обратимым деформациям.

Также полимеры и их марки классифицируют по наиболее подходящему способу переработки — литьевые, экструзионные, пресс-порошки и т.п.

Свойства

Внутреннее строение трехмерных форм полимера, соединенных вследствие полимеризации, а в некоторых случаях поликонденсации, четко выявлена и часто просматривается на изломе и разрыве материала. Основная часть полимеров – это органические соединения, при этом встречаются нередко – неорганические варианты.

Свойства полимерных материалов определяются в большей степени строением макромолекул, из которых они состоят. Для изменения характеристик материала используют различные добавки:

• смазки, которые позволяют избежать прилипания полимерной структуры к металлическим поверхностям оборудования, на котором производится переработка;
• красители, применяемые в декоративных целях;
• инсектициды и антисептики, способствующие устойчивости к плесени и воздействию насекомых;
• антиперенами, позволяющими снизить горючесть полимеров;
• пластификаторами, с помощью которых снижается температура переработки, повышается морозоустойчивость и улучшается эластичность;
• наполнители в различном фазовом состоянии позволяют изменить специфические свойства материалов;
• стабилизаторы, способствующие улучшению прочности полимерных материалов и увеличению срока службы.

Для большинства полимеров характерны различные механические свойства, которые зависят от структуры и внешних факторов воздействия:

• нагрузки, давления, температуры. Из достоинств полимерных материалов можно выделить такие как: простота механической обработки;
• водо- и газонепроницаемость;
• способность к свариванию и склеиванию; химическая устойчивость; низкая теплопроводность;
• высокая прочность и эластичность;
• малая плотность;
• является диэлектриком.

Как и любой другой материал, полимеры обладают недостатками:

• горючесть;
• слабая твердость;
• ускоренное старение;
• повышенная ползучесть;
• способность к тепловому расширению;
• низкая теплостойкость.

Основной характеристикой полимеров считают их деформируемость. Именно по этому признаку в различных температурных режимах обычно оценивают свойства полимерных материалов.

Примеры изделий из полимерных материалов

Прежде чем называть конкретные изделия из полимеров (их невозможно перечислить все, слишком большое их многообразие), для начала нужно разобраться, что дает полимер. Материал, который получают из ВМС, и будет основой для будущих изделий.

Основными материалами, изготовленными из полимеров, являются:

• пластмассы;
• полипропилены;
• полиуретаны;
• полистиролы;
• полиакрилаты;
• фенолформальдегидные смолы;
• эпоксидные смолы;
• капроны;
• вискозы;
• нейлоны;
• полиэфирные волокна;
• клеи;
• пленки;
• дубильные вещества и прочие.

Это только небольшой список из того многообразия, что предлагает современная химия. Ну а здесь уже становится понятным, какие предметы и изделия изготавливаются из полимеров – практически любые предметы быта, медицины и прочих областей (пластиковые окна, трубы, посуда, инструменты, мебель, игрушки, пленки и прочее).

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.

Применение полимеров

Производство таких материалов началось в начале прошлого столетия, где при обработке целлюлозы и отходов нефтепереработки стали получать краску и пленку. Это позволило активному развитию кинематографа. Сейчас пластик вошел в нашу повседневную жизнь. Из него изготавливаются детские игрушки, всевозможные синтетические ткани, прорезиненную подошву для обуви, спортивный инвентарь, компьютерную технику.

Инженеры космической отрасли создали летательные ракеты и спутники на основе полипропилена. При лабораторных испытаниях оказалось, что низкая масса этого сырья без особых усилий помогает преодолеть притяжение Земли, и при больших температурных перепадах в агрессивной среде пластмасса не деформируется.

В быту

Изделия из высокомолекулярных соединений встречаются намного чаще, чем их натуральных компонентов. Этому способствуют высокие характеристики (прочность, гигиеничность, универсальность, эластичность) и низкая стоимость на продукцию.

Приведем несколько примеров тех вещей, которыми мы пользуемся каждый день:

• • Предметы личной гигиены (расческа, зубная щетка и т.д.).
• • Принадлежности для кухни.
• • Одноразовая посуда.
• • Пакеты для мусора и покупок.
• • Пленка для запекания еды.
• • Сантехнические составляющие.
• • Бытовая химия.
• • Части техники (телевизора, холодильника, пылесоса, микроволновки, миксера, утюга).
• • Настольная лампа.
• • Одежда (капроновые колготки, костюмы для рыбной ловли, спортивные куртки и комбинезоны) и обувь (резиновые сапоги, сланцы и калоши).

В строительной отрасли

Последние пятьдесят лет пластмасса вытеснила натуральные материалы (дерево, металл и бетон). Она стала использоваться при производстве:

• • Отделочных материалов, предназначенных для обустройства потолка, стен и пола.
• • Ограждающих конструкций и строительных сооружений. К ним относятся составная арматура, балки, поликарбонат, полибетон, основа оконных рам и межкомнатных дверей, стеклопластик.
• • Пен для герметизации проемов и щелей, клея.
• • Изделий водо и теплоснабжения, оборудований сантехнического профиля, вентиляционной системы и отопления.
• • Тканей, предназначенных для теплоизоляции. Они могут продаваться в рулонах, в виде порошка или жидкими смесями.
• • Наливных полов. При использовании такого материала поверхность становится гладкой и ровной. На ней исключено появление воздушных пузырьков, трещин и вмятин.
• • Роликов и колес для складской гидравлической тележки. Большой ассортимент этих изделий можно найти на сайте торгово-производственной . Кроме этого, у них имеется продукция для мебели: заглушки и фурнитура. А для строителей – пластиковые отбойники.

В медицине

Более трех тысяч разновидностей изделий изготовляется для этой отрасли.

Приведем несколько примеров:

• • Одноразовые шприцы.
• • Хирургические инструменты.
• • Материалы для стоматологии.
• • Пакеты для хранения крови и плазмы.
• • Лекарства, клеи для обработки швов, искусственные протезы и органы.
• • Оборудование для хозяйственной деятельности (посуда для лабораторий, различный инвентарь, клеенка, хирургические бахилы).
• Предметы оптики (оправа, линзы).

Виды изделий из полимеров и их применение в сельском хозяйстве

Тепличный бизнес невозможно представить без помещения, сделанного из полипропиленовой арматуры и покрытого поликарбонатом со стенкой толщиной в 1 см. Также для повышения урожайности всегда требуются различные ткани и пленки, предотвращающие появление сорняков.

Для полива используются трубы и шланги, которые намного превосходят по своим техническим характеристикам металлическую мелиоративную систему. Они удобны в монтаже, легкий вес помогает перевозить трубы без применения тяжелой техники, срок эксплуатации составляет около пятидесяти лет.

В пищевой промышленности

Главным условием создания станков для выпечки хлебной продукции, производства мясных, рыбных и овощных полуфабрикатов является соблюдение требований и правил санэпидемстанции. Антиадгезионное покрытие необходимо для бочек и контейнеров для хранения и перевозки зерновых и сыпучих продуктов.

На полках магазина вы встречаете продовольствие, запечатанное в пакеты и пленки, которые защищают от внешних загрязнителей и предохраняют от порчи. Раньше изделия изготавливались из пластмассы с низкомолекулярными веществами, которые имели множество недостатков. Основным из которых является выделение вредных частиц в окружающую среду. На сегодняшний день эта отрасль постоянно развивается, что привело к усовершенствованию химических, механических и физических качеств.

Мы подробно рассказали, что это такое, полимерная продукция, какие имеет свойства и характеристики, виды и область применения.

Применение

Благодаря названным выше параметрам, органические полимеры имеют обширную сферу применения. Так, сочетание большой прочности с небольшой плотностью позволяет получить материалы большой удельной прочности (ткани: кожа, шерсть, мех, хлопок и т. д.; пластмассы).

Помимо названных, из органических полимеров выпускают прочие материалы: резины, лакокрасочные материалы, клеи, электроизоляционные лаки, волокнистые и пленочные вещества, компаунды, связующие материалы (известь, цемент, глина). Их применяют для промышленных и бытовых нужд.

Крахмал также является органическим полимером

Однако органические полимеры обладают существенным практическим недостатком — старением. Под этим термином понимают изменение их характеристик и размеров в результате физико-химических преобразований, происходящих под воздействием различных факторов: истирания, нагрева, облучения и т. д. Старение происходит путем протекания определенных реакций в зависимости от вида материала и воздействующих факторов. Наиболее распространенной среди них является деструкция, подразумевающая формирование более низкомолекулярных веществ вследствие разрыва химической связи главной цепи. На основе причин деструкцию подразделяют на термическую, химическую, механическую, фотохимическую.

Описание полимеров и их характеристики

Активное производство сырья началось в первой половине XX века. В первые годы существования полимеров технология представляла собой переработку некачественного сырья и целлюлозы. Так появились первые лакокрасочные вещества. На стадии появления кинематографа изготовление прозрачной пленки привело к появлению первых художественных картин.

Полимерные материалы имеют в своем составе высокомолекулярные цепочки, которые повторяются с определенным промежутком. Благодаря этому полимеры обладают такими свойствами, как:

• Малая теплопроводность. Наглядный пример: во время нагревания чайника на огне пластмассовая ручка остается холодной;
• Высокий уровень температурного расширения. Молекулярная структура позволяет добиться увеличения размера в несколько раз больше, чем металл при равной температуре;
• Гибкость, благодаря чему полимерами покрывают элементы изделий из металла, чтобы защитить их от ржавчины;
• Низкий показатель коэффициента трения, вследствие чего на предметах не видны механические повреждения;
• Электроизоляция. Предметы из полимеров не проводят электричество;
• Неподверженность изменению формы при долгих нагрузках. После остановки действия полимер возвращается в свой первоначальный вид.
• Повышенная горючесть. Это свойство определяет тот факт, что во многих отраслях полимеры не используют. При горении они выбрасывают токсины или горючий дым.

В современное время полимерные материалы существуют в нескольких физических состояниях. В качестве примера можно назвать клеящие вещества, лакокрасочные покрытия. При производстве технологического оборудования используют твердые пластмассы. За счет такого свойства, как эластичность, были получены резиновые и силиконовые напольные покрытия.

Химический состав полимеров может значительно отличаться. В ГОСТ описана процедура оценки качества, основанная на применении балльной шкалы.

Самым знакомым населению полимером является полиэтилен, из которого производят пищевую пленку, упаковочный материал для различных целей. Его используют во многих отраслях хозяйства.

Пропилен обладает эластичностью, гибкостью, водонепроницаемостью и прочностью, поэтому его используют при возведении многоэтажных домов и торгово-развлекательных комплексов. Из пропилена производят водопроводные трубы. Такие изделия не меняют свою форму при высокой нагрузке, не подвержены появлению ржавчины и обладают хорошей звукоизоляцией.

Полиолефин – материал, основой которого является полиэтилен и полипропилен. Большая часть пластиковой продукции по всему миру производится из него. Он имеет достоинства перед другим материалом: устойчив к разрывам, не проводит тепло, при утилизации и в процессе изготовления не загрязняет атмосферу ядом.

Какие бывают полимеры – классификация

В современной промышленности насчитывается несколько десятков разновидностей. Разделение происходит по химическому составу, агрегатному состоянию и эксплуатационным качествам.

По происхождению

К ним относятся:

• • Синтетические. Являются самыми востребованными в производстве. Обладают исключительными особенностями из-за добавления и смешивания различных веществ.
• • Искусственные. Изделия из такого вида окружают нас в быту.
• • Природные (биополимеры).

По молекулярным соединениям

Различные химические свойства позволяют разделять на:

• • Органические, которые используют для основания пластмассовой продукции.
• • Комплексные, где одновременно применяются натуральные и синтетические вещества.
• • Неорганические.

Виды полимерных материалов по агрегатному состоянию

Характеристики вещества, подверженного различными температурами и давлением:

• • Эластичный. Гибкость позволяет использование при производстве строительного товара (поролон, силикон). Также большое применение находит для изготовления автомобильных покрышек.
• • Твердый. В этой форме пластмасса обладает повышенной прочностью и пластичностью. Область применения широка: оргтехника, пылесосы, холодильники, садовая мебель и другие предметы домашней утвари.
• • Жидкий. На такой основе изготавливаются лакокрасочные материалы, герметики, монтажная пена.

Типы полимеров по полярности

В этом случае на конструкцию влияют положительные и отрицательные заряды, которые определяют характер растворимости в различных средах:

• • полярный (гидрофильный);
• • неполярный (гидрофобный);
• • смешанный (амфильный).

Сварка пластмасс

Используется для неразъёмного соединенияя двух или более отдельных частей термопластичных материалов. Обычно к краям прикладывают тепло, чтобы расплавить края пластика до тех пор, пока кромки не будут соединены вместе.

Сварка пластика выполняется в три этапа: подготовка поверхности, применение тепла и давление и охлаждение.

Сваривать можно многие пластмассы, среди которых:

• Акрил или полиметилметакрилат;
• Поликарбонат;
• Полиэтилен;
• Полипропилен;
• Полиэтилентерефталат;
• Поливинилхлорид.

Сварка пластмасс. используется не только для соединения деталей, но и для их ремонта (например, заделка трещин).

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.

Жидкие полимеры — краски

Эластичные полимеры — резиновое покрытие

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.

Полимерные материалы пластмассы и их свойства

Один из основных типов полимерных материалов – это пластмассы. Они представляют собой группу органических материалов, основу которых составляют синтетические или природные смолообразные высокомолекулярные вещества, способные при нагревании и давлении формоваться, устойчиво сохраняя приданную им форму.

Полимерные материалы пластмассы обладают хорошими теплоизоляционными и электроизоляционными качествами, коррозийной стойкостью и долговечностью. Средняя плотность пластмасс — 15-2200 кг/м3; предел прочности при сжатии — 120-160 МПа. Пластмассы наделены хорошими электро-теплоизоляционными свойствами, коррозийной стойкостью и долговечностью. Некоторые из них обладают прозрачностью и высокой клеящей способностью, а также имеют свойство образовывать тонкие пленки и защитные покрытия. Благодаря своим свойствам широкое применение эти полимерные материалы нашли в строительстве, главным образом в комбинации с вяжущими веществами, металлами и каменными материалами.

В качестве наполнителей при изготовлении этого типа полимерных материалов используются органические и минеральные порошки, асбестовые, древесные и стеклянные волокна, бумага, стеклянные и хлопчатобумажные ткани, древесный шпон, асбестовый картон и др. Наполнители не только снижают стоимость материала, но и улучшают отдельные свойства пластмасс: повышают твердость, прочность, стойкость к кислотам и теплостойкость. Они должны быть химически инертными, малолетучими и нетоксичными. Пластификаторами при изготовлении пластмасс служат цинковая кислота, стеарат алюминия и иные, которые придают материалу большую пластичность. Катализаторы (ускорители) применяются в пластмассах для ускорения отверждения. Примером катализатора могут служить известь или уротропин, которые применяются для отверждения фенолоформальдегидного полимера.

Сферы применения пластмасс

Пластмассы используют в строительстве, производстве одежды, упаковке, транспортировке и во многих других сферах повседневной жизни. Так, в зданиях пластик применяется при вторичном остеклении крыш, в составе тепло- и звукоизолирующих конструкций в составе многих типов красок. Электрические кабели изолируются пластиком, пластмассы применяют и для изготовления водосточных систем.

Широко распространены различные бытовые предметы – обувь, светотехника, рамы, одежда — полностью или частично изготовленные из пластмасс. До трети всех пластмасс, которые мы используем — это упаковка, предназначенная для защиты продуктов от порчи.

Среди промышленных применений пластика — крылья автомобилей и их кузова, подшипниковые узлы, трибы несиловых передач и пр.

Пурал

Пурал изготавливается на основе полиуретана и модифицированного полиамида. Покрытие из пурала отличается шелковисто-матовой поверхностью, высокой термостойкостью и устойчивостью к резким перепадам температур.

Данный материал не выцветает и не разрушается под действием химически агрессивных сред. Пурал не так устойчив к пластическому деформированию, как пластизол, и стоит дороже, чем полиэстер, однако по соотношению цены и качества является оптимальным вариантом из всех представленных выше.

Наибольшее распространение пураловые покрытия получили при производстве кровельных элементов из оцинкованного металла. Сталь, обработанная пуралом, приобретает красивый внешний вид, высокие антикоррозионные характеристики и устойчивость к УФ-излучению.

Эластомеры

Основная характеристика пластмасс данной категории – это эластичность. На практике это проявляется тем, что в случае силового воздействия такой материал проявляет невероятную гибкость, а после его прекращения за короткое время принимает свою прежнюю форму. Причем это свойство сохраняется за эластомерами в крайне широком диапазоне температур. Специалисты называют его пределами -60 и +250 градусов. Макромолекулы эластомеров похожи на оные у реактопластов – пространственно сетчатые. Однако расстояние между ними существенно больше, благодаря чему эти пластмассы и способны проявлять такого рода свойства.

Помимо прочего, такое сетчатое строение делает пластмассы рассматриваемой группы растворимыми и совершенно неплавкими, однако они имеют склонность к набуханию.

Материалы, которые относят к рассматриваемой категории:

• силикон;
• полиуретан;
• каучук.

Практическое применение эти материалы нашли в автомобилестроении, где с успехом применяются все три их типа. Используется такая пластмасса для изготовления уплотнителей, шин, спойлеров и так далее. Также формируют смеси из перечисленных трех видов материалов. Их называют блендами. Их свойства разнятся в зависимости от того, какое соотношение компонентов используется в данном случае.

Структура

Свойства и технические характеристики полимерного материала зависят от молекулярных соединений в цепи. По строению идет разделение на:

• • Линейное. Это соединения, где макромолекулы составляют длинные цепочки и имеют спиральную или зубчатую комбинацию. При этом они чрезвычайно гибкие. Такое качество дает высокую эластичность, и товар не крошится при застывшем состоянии.
• • Лестничное. Здесь макромолекулы создают пару длинных цепей, которые являются основой для создания изделий с высокой жесткостью и стойкостью к большим температурам. Помимо этих положительных качеств, есть главное достоинство – не вступают в химическую реакцию с растворителями из органики.
• • Пространственное. Мономолекулы связаны между собой поперечными мостиками и синтезируются при помощи мочевины и формальдегида. Итогом такой операции становится пространственная или неоднородная структура основы сетки. Из такого сырья создаются жесткие конструкционные продукты.
• • Линейно-разветвленное. Это когда от основной цепи идут ответвления, численность и размер которых различны. Такая структура наиболее прочная. Это свойство нашло применение в изготовлении полиэтилена, полистирола, поливинилхлорида.